Тайны восприятия

7. Обучение и память: что нам известно обо всем этом на самом деле? 81

до 10 часов, что, впрочем, никак не объясняет природы долгосрочной памяти; упомянутый эффект можно было бы счесть неким переходным этапом между краткосрочной и долгосрочной памятью.

Эксперименты дают четкое представление о той роли, которую играют в механизме долгосрочной памяти биохимические процессы. В качестве примера можно привести сравнительные данные по такому химическому соединению, как рибонуклеиновая кислота (РНК). Для эксперимента были взяты две группы крыс: одна группа была «обучена» находить в лабиринте пищу, вторая же использовалась в качестве контрольной. Результат сравнения содержания в клетках мозга этих крыс рибонуклеиновой кислоты таков: у крыс первой группы ее оказалось на 60-100% больше. РНК является важным элементом процесса белкового синтеза — она «содержит» в себе информацию, в соответствии с которой выстраивается молекула белка. Интересные результаты дают опыты с впрыскиванием крысам веществ, тормозящих процесс синтеза белка. Сначала крысы, которым была сделана инъекция, выучиваются проходить лабиринт так же хорошо, как и крысы из контрольной группы. Однако сохранить приобретенные во время обучения навыки подопытные крысы не могли —по прошествии примерно трех часов они начисто забывали путь через лабиринт и уже не могли отыскать в нем пищу. Если же инъекция производилась спустя два часа после завершения обучения, все крысы отлично сохраняли приобретенные навыки прохождения лабиринта и ничем не отличались от крыс из контрольной группы. Этот эксперимент показывает, какое значительное влияние оказывают биохимические процессы (в частности, синтез белка) на сохранение информации в долгосрочной памяти.

После того как этот факт был окончательно установлен, появилась теория, в соответствии с которой содержание памяти должно фактически определяться химическим составом молекул медиатора, подобно тому, как химическим путем передается по наследству информация, необходимая для синтеза белка. Один ученый даже утверждал, что ему удалось выделить такое химическое соединение, которое обуславливает у животных страх перед темнотой. Это соединение он получил в результате эксперимента, в ходе которого у животных развивался страх перед темнотой, и назвал «скотофобин» (скотофобия — боязнь темноты). Охватившая общество эйфория позволила поверить в возможность получения соединений, которые определяли бы содержание памяти. Перед взорами людей представало чудесное видение: в будущем детям больше не придется ходить в школу, достаточно будет лишь принять нужные таблетки! Однако в конечном счете эта теория

щель

Рис. 7.4. Транссинаптичсскис каналы. А: фотография, полученная с помощью электронного микроскопа; Б: схематическое изображение

нами в качестве примеров зрительным процессам, описание которых является главной задачей этой книги. Начнем с устройства человеческого глаза.

8.Глаз и фотоаппарат

1лаза — это входные врата для всей зрительной информации, которую может получить об окружающем нас мире наша нервная система. Поэтому

именно с глаз мы и начнем. Следует, впрочем, оговориться: эта книга ни в коей мере не является учебником анатомии, и мы намерены ограничиться описанием лишь самого необходимого минимума фактов, касающихся устройства глаза.

Зрительное восприятие возможно лишь тогда, когда в глаза попадает свет — при этом совершенно не важно, исходит он от Солнца или от электрической лампы. Свет может достичь глаза непосредственно от источника (вдоль прямой линии), как случается, если мы, например, посмотрим прямо на Солнце. Однако гораздо чаще глаз направлен на объекты, которые сами по себе не являются источниками света. Видим же мы их благодаря тому,

ресничная мышца хрусталик

радужная оболочка роговица

желтое пятно центральная ямка

зрительный нерв слепое пятно

сетчатка сосудистая оболочка склера

Рис. 8.1. Схема строения глаза

что поверхность этих объектов отражает излучаемый неким источником свет, и некоторая часть отраженного таким образом света попадает в глаз (рис. 8.2). Что же при этом происходит со светом? Обратимся к анатомическому строению глаза. На рис. 8.1 схематически представлен продольный разрез человеческого глаза; ниже мы рассмотрим каждую из составляющих его частей.

Очень удобным представляется сравнение глаза с фотоаппаратом. И тот, и другой выполняют одинаковую функдию, которая заключается в отображении на некую двумерную поверхность уменьшенной картины окружающего нас трехмерного мира. Фотоаппарат проецирует эту картину на пленку, глаз — на сетчатку. Впрочем, различие все же есть: фото-

Рис. 8.2. Распространение световых лучей.

(а) Солнечный свет отражается во все стороны.

(б) Лучи, проходящие сквозь отверстие диафрагмы: чем ближе к отверстию диафрагмы находится объект, тем сильнее рассеиваются световые лучи.

(в) Настройка резкости за счет изменения расстояния между объективом и пленкой или между хрусталиком и сеччагкой.

(г) Настройка резкости за счет изменения оптической силы объектива.

солнечный луч

отраженные

лучи

булавочная головка

б)

в)

пленку можно считать плоской, а сетчатка представляет собой внутреннюю поверхность пустотелого шара. Шарообразная форма глаза позволяет ему вращаться (в известных пределах) внутри глазной впадины.

Еще одна общая черта: в обоих случаях луч света попадает внутрь сквозь некое малое отверстие. У фотоаппарата это отверстие диафрагмы, у глаза — зрачок. Фотолюбители знают, что чем меньше в момент съемки отверстие диафрагмы, тем четче получается фотография; с другой стороны, это отверстие должно все же быть достаточно большим, иначе изображение окажется слишком темным. Размер отверстия определяется либо самим фотографом — с учетом освещения, чувствительности фотопленки и выбранной выдержки, либо автоматически (как во многих современных фотоаппаратах). Человеческий глаз также располагает подобной автоматикой, и в этом каждый из нас может легко убедиться, посмотрев в зеркало: если в глаза попадает отраженный луч света, зрачки моментально сужаются, ограничивая количество света, достигающего сетчатки, если же уменьшить уровень освещенности, зрачки снова расширятся — таким образом нервная система человека регулирует количество падающего на сетчатку глаза света. Регулировка размера зрачка осуществляется с помощью мелких мышц, сжимающих или расширяющих радужную оболочку. Сама радужная оболочка может быть окрашена в различные цвета, и именно цвет радужки мы имеем в виду, когда говорим о цвете глаз того или иного человека.

В то время как светочувствительность фотопленки постоянна, чувствительность глаза может изменяться. При очень ярком свете не только сужается зрачок, но и снижается чувствительность сетчатки; и наоборот, при плохом освещении чувствительность сетчатки повышается, а зрачок расширяется. Все это хорошо известно нам из повседневного опыта. Когда вы возвращаетесь домой с лыжной прогулки (иначе говоря, от белого снега и яркого солнца), ваша комната кажется вам поначалу какой-то сумеречной, однако проходит несколько минут, глаза «привыкают» к меньшей освещенности, и комната предстает перед вами в своем «обычном свете». Процесс «привыкания», или адаптации, длится дольше, чем изменение величины зрачка. Устройство глаза не предусматривает возможности установки выдержки, как при фотографировании, и свет попадает в глаз до тех пор, пока человек его не закроет. Естественно, для возникновения зрительного ощущения необходимо некоторое время, но оно невелико; кроме того, и исчезает зрительное ощущение не сразу после того, как прекратилось раздражение. Это свойство человеческого глаза используется в кино: короткие паузы между кадрами не воспринимаются глазом, и перед нами возникает иллюзия непрерывного движения.

«Кадры», возникающие на сетчатке, изменяются непрерывно. Даже когда человек смотрит на неподвижный объект (например, на картину), глаза скачкообразно движутся от одной точки объекта к другой, так что образ на сетчатке находится в почти непрерывном движении. Далее мы увидим, что такое движение играет существенную роль в процессе обработки информации, воспринимаемой органами чувств. Как нам известно из зоологии, некоторые животные замечают свою добычу только если она движется. Так, например, лягушка видит добычу только в темных движущихся объектах определенной величины, а на лежащую у нее буквально «под носом» мертвую муху не обращает никакоговнимания.

Вернемся теперь к свету, проходящему сквозь зрачок внутрь глаза, и к тому, что с этим светом происходит. В каждом фотоаппарате есть линзы. Нечто подобное имеется и в глазу, только здесь линза называется хрусталиком. Какую же функцию выполняет эта глазная линза? Вспомним о том, что упавший на какую-либо поверхность свет отражается от всех ее точек (даже если эта поверхность размером с булавочную головку) и рассеивается во всех направлениях. В глаз попадает как раз такой, рассеянный (или диффузный), свет. На сетчатке же упомянутая булавочная головка должна отображаться не иначе, чем в виде маленькой точки. Для этого рассеянные лучи света необходимо снова собрать в тонкий пучок — чем, собственно, и занимается хрусталик. Он работает так же, как самое обыкновенное увеличительное стекло, которое собирает солнечные лучи в одну точку, причем в этой точке становится так горячо, что вспыхивает бумага. Для образования пучка лучей, впрочем, одной лишь линзы недостаточно. На помощь приходят и роговица, и внутриглазная жидкость, заполняющая глазную камеру, и стекловидное тело (рис. 8.1). Так, точка за точкой, на сетчатке отображается окружающий нас мир. При этом изображение оказывается уменьшенным, зеркально отображенным и перевернутым «с ног на голову». Тем не менее, нам обычно удается верно ориентироваться среди окружающих объектов и правильно воспринимать явления и события. Все это становится возможным благодаря тому, что принятое изображение подвергается последующей обработке в мозге.

Для того чтобы получить четкую фотографию, необходимо предварительно определить расстояние от объектива фотоаппарата до объекта съемки. Теперешние фотоаппараты научились делать это автоматически. Причина возникновения такой необходимости объясняется на рис. 8.2 (б). Мы видим, что лучи, отраженные близко расположенными объектами, рассеиваются гораздо сильнее тех, что отражены объектами более отдаленными. Однако и в том, и в другом случае лучи следует собрать в пучки с таким

расчетом, чтобы на фотопленке или на сетчатке они сошлись в точку. В фотографии для достижения этого результата изменяют расстояние от линзы до пленки: чем ближе находится объект съемки, тем дальше должна оказаться от линзы пленка (рис. 8.2 (в)). Такой механизм встречается и в животном мире — например, у рыб хрусталик с помощью особых мышц может перемещаться, приближаясь к сетчатке или удаляясь от нее. У человека эта настройка происходит иначе. Оптическая сила линзы-хрусталика изменяется посредством изменения формы самой линзы. Чем более выпукла линза, тем сильнее она преломляет свет. Чем ближе находится рассматриваемый предмет, тем больше должна быть оптическая сила хрусталика, и, соответственно, более выпуклым должен стать сам хрусталик. Процесс изменения формы хрусталика называется аккомодацией (рис. 8.2 (г)). Изменение степени выпуклости хрусталика осуществляется с помощью непроизвольно сокращающейся мышцы; это означает, что нам не приходится прикладывать никаких сознательных усилий для того, чтобы изменить «настройку» наших глаз — обо всем этом совершенно самостоятельно заботится наша нервная система. Со временем эластичность хрусталика уменьшается, и человек с возрастом начинает хуже видеть близкие предметы — в конечном счете это приводит к старческой дальнозоркости. И дальнозоркость, и близорукость встречаются, конечно же, и у молодых людей, но это, как правило, объясняется ненормальной формой глазного яблока. При близорукости продольная ось глазного яблока слишком длинна, и удаленные предметы оказываются «не в фокусе», который должен располагаться на сетчатке (в данном случае фокус смещен в стекловидное тело); при дальнозоркости также происходит смещение главного фокуса, но в противоположном направлении, так как продольная ось глазного яблока слишком коротка.

Итак, с точки зрения оптики, глаз вполне можно сравнить с фотоаппаратом. Оба состоят из похожих «деталей», позволяющих получить четкую и контрастную картину трехмерного мира на двумерной поверхности —прав- да уменьшенную, зеркальную и перевернутую. Для фотоаппарата работа на этом и заканчивается; остальное — дело фотолаборатории. А вот с глазами все обстоит иначе: получение изображения является лишь первым шагом в таинственном процессе восприятия. Чтобы понять природу этого процесса, нам придется пробраться через настоящие нейронные джунгли ... но это чуть позже. Сейчас же коротко коснемся еще одного вопроса, имеющего отношение к зрительному восприятию.

Для приблизительной оценки расстояния упомянутые средства (т. е. оценка по известной величине или распределению света и тени) вполне хороши, однако с их помощью нельзя определить расстояние точно — примером может послужить такая достаточно тонкая процедура, как продевание нити в игольное ушко. В этом нет ничего сложного, если вы пользуетесь обоими глазами, однако стоит лишь закрыть один глаз, и попасть ниткой в крошечное отверстие становится почти невозможно. Наблюдения показывают, что предмет, рассматриваемый только одним глазом, теряет объемность. Для получения объемной картины окружающего мира необходима совместная работа двух глаз; особенно ярко это проявляется при просмотре так называемых стереофильмов. Такие фильмы, как известно, смотрят сквозь специальные очки, благодаря которым плоская картина чудесным образом преображается, приобретая весьма выразительную трехмерность. Можно создать, например, иллюзию парящего посреди комнаты камня — иными словами, реальные оптические условия воспроизводятся в стереофильмах силой искусства. В действительности же в наших глазах возникают две разные, но легко совместимые друг с другом картинки; при этом относительная разница между ними становится тем меньше, чем дальше от нас находится объект наблюдения, и наоборот — чем ближе рассматриваемый предмет, тем большей становится разница между его изображениями, возникающими на сетчатках глаз. Убедиться в этом читатель легко может сам. Вытяните перед собой руку и зафиксируйте положение большого пальца относительно какоголибо ориентира на заднем плане; теперь посмотрите на палец одним — скажем, правым, — глазом, второй же на это время прикройте. Если вы затем откроете его, а правый закроете, палец переместится относительно отметки на заднем плане, причем это кажущееся перемещение будет тем больше, чем меньше было расстояние от пальца до глаз. При показе стереофильма нам демонстрируется два слегка смещенных относительно друг друга изображения, каждое из которых предназначается только для одного глаза (для выполнения этого требования и необходимы особые очки).

Проходя по зрительным трактам, сигналы, полученные каждым из глаз, соответствующим образом обрабатываются и преобразуются в зрительной области коры головного мозга в единое зрительное ощущение, обладающее пространственной глубиной. Подробнее об этом мы поговорим в главе, посвященной зрительному тракту и зрительной области коры головного мозга.