Ребекка Шварцлоуз – Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни (страница 8)

Эксперименты Мариотта относятся к разряду самых простых. На рис. 6 показано, что он сделал. Мариотт прикреплял маленький кружок из белой бумаги на черном фоне на уровне глаза, а второй кружок диаметром около 10 сантиметров – чуть ниже и примерно на 60 сантиметров правее[14]. Он закрывал левый глаз и смотрел на первый кружок, а потом медленно отходил назад. Когда он отдалялся примерно на три метра, второй кружок исчезал. Заинтригованный этим наблюдением, Мариотт медленно переводил взгляд, и бумажный диск появлялся вновь. Но как только он фиксировал взгляд на первом кружке, второй опять немедленно исчезал.

Рис. 6. Схема эксперимента Мариотта. Художник Пол Ким.

Мариотт повторил тот же эксперимент с закрытым правым глазом и открытым левым, на разном расстоянии, каждый раз с соответствующим расположением и размером второго кружка. Слепое пятно появлялось всякий раз. Он повторил эксперимент со своим знакомым Реверендом Билли, а потом с другими французскими учеными. Оказалось, что все они в какой-то степени слепы и эта слепота всегда обнаруживается в двух точках пространства, с двух сторон, соответствующих дискам двух глаз. Теперь мы называем эту зону слепоты слепым пятном.

Вы сами можете обнаружить у себя слепое пятно, пользуясь рис. 7. Начните с верхнего изображения креста и цыпленка. Закройте левый глаз и смотрите на крест, поместив страницу книги примерно в 30 сантиметрах от лица. Если нужно, подвиньте книгу ближе или дальше, но при этом смотрите на крест; на определенном расстоянии цыпленок исчезнет. Проделайте то же самое с нижним рисунком. В этот раз, когда птица попадает в зону слепого пятна правого глаза, она исчезает, а клетка останется на месте – но пустая. Если хотите повторить это с левым глазом, просто переверните книгу вверх ногами, закройте правый глаз и повторите эксперимент.

Рис. 7. Слепое пятно. Используйте эти рисунки и объяснение в тексте, чтобы обнаружить слепые пятна у себя в глазах. Художник Пол Ким.

Теперь мы знаем, что зрительный нерв – это пучок аксонов, переносящих сигналы от сетчатки в головной мозг. Эти аксоны занимают место на выходе из глаза, так что там негде расположиться рецепторам, собирающим информацию о поступающих фотонах света. В глазах у всех людей есть зрительный диск, и каждый диск создает овал слепоты.

Простой эксперимент Мариотта заставил всю Европу говорить о слепом пятне и вызвал новый всплеск научных дебатов о зрении и глазах. Кроме того, возник интересный вопрос: почему мы не осознаем, что у нас есть эти слепые пятна? Почему мы не замечаем их в обычной жизни? Мариотт предложил несколько веских гипотез. Обычно мы смотрим на мир одновременно двумя глазами, так что тот участок пространства, который мы не видим одним глазом, мы видим другим. Кроме того, мы достаточно быстро переводим взгляд, и в результате никакие участки видимого пространства не закрыты слепым пятном на долгое время.

Оба эти довода справедливы, но ни один из них не объясняет, почему слепое пятно оставалось невидимым, когда один глаз Мариотта был закрыт, а другой неподвижен. Они не объясняют, почему второй кружок Мариотта исчезал, попадая в слепое пятно, и заменялся черным фоном, а при исчезновении птицы сохранялась птичья клетка. Когда птица исчезала, она не погружалась в темноту. Она заменялась чем-то другим – белым фоном страницы или прутьями клетки. Почему это так? Этот вопрос оставался без ответа на протяжении столетий, даже тогда, когда люди открыли электричество, рецептивные поля и карты мозга. В конце концов ответ был найден в картах V1 живого мозга.

Вспомните, что карта V1 соответствует организации сетчатки двух глаз. Хотя каждый глаз собирает поступающую световую информацию независимым образом, в области V1 эта информация от двух глаз соединяется на одной общей карте. Зрительная карта области V1 разделена между правым и левым полушариями мозга; находящаяся в левом полушарии половина карты V1 отражает информацию из правой половины поля зрения, и наоборот. На рис. 8 представлены фотографии срезов человеческого мозга[15], демонстрирующие левую и правую половины карты V1. Из мозга умершего человека выделили соответствующую ткань, расправили ее и окрасили с помощью вещества, позволяющего видеть некоторые детали карты, включая ее границы. На этих окрашенных срезах также видны участки карты, соответствующие слепым пятнам обоих глаз. Для ясности под срезами представлены их очертания. Крупный фрагмент в левом полушарии, обозначенный стрелкой, соответствует участку поля зрения, попадающему в слепое пятно правого глаза. Аналогичный фрагмент правого полушария, обозначенный стрелкой, соответствует участку поля зрения, попадающему в слепое пятно левого глаза.

Рис. 8. Фотографии (вверху) и очертания (внизу) карты V1 зрительной области человеческого мозга. Фотографии окрашены для визуализации рельефа. Участки V1, соответствующие двум слепым пятнам, четко выделяются в виде светлого и темного островков соответственно в левой и правой половине области V1. Различимый полосатый рисунок в остальных участках V1 соответствует входному сигналу от обоих глаз (подробности в главе 11). Источник: The Journal of Neuroscience, vol. 27, no. 39. Copyright 2007 by the Society for neuroscience.

Преобладающую часть времени у нас открыты оба глаза, и в этих участках все нормально. Та часть карты, которая соответствует слепому пятну правого глаза, по-прежнему передает зрительную информацию об этой части видимого пространства от левого глаза, и то же самое верно для слепого пятна левого глаза. Но как только мы закрываем один глаз, как проделывал в своих экспериментах Мариотт, один из этих слепых участков на карте V1 уже не получает сообщений ни от одного глаза. Этот участок карты – по-прежнему живая и активная ткань мозга, но она отрезана от обычного источника зрительной информации. Мы не видим темное пятно, как пациенты Иноуэ со скотомами, а воспринимаем нечто, восполняющее или заполняющее это пятно, так что оно напоминает окружающее пространство.

Как именно мозг восполняет этот недостаток информации, оставалось неизвестным до самого последнего времени, пока эксперименты с обезьянами не позволили получить новые данные. С помощью тончайших электродов нейробиологи измерили активность нейронов, соответствующих одному из участков в слепом пятне карты V1 в мозге обезьяны[16]. Как Мариотт и другие люди, при закрытии одного глаза обезьяны видят слепые пятна заполненными теми же цветами или рисунками, как в соседних точках пространства. Ученые обнаружили, что специфический набор нейронов на участке карты V1 обезьяны, который соответствует слепому пятну одного глаза, активируется при закрытии второго глаза, когда прерывается сигнал, поступающий в этот участок. Эти особые нейроны имеют гигантские рецептивные поля, соответствующие части слепого пятна и окружающего его зрительного пространства. Эти клетки получают сигналы из той части сетчатки, которая окружает слепое пятно, и с их помощью восполняют изображение в лишенном информации участке мозга. Подобно тому, как можно заштопать дыру в носке или связать края ткани вокруг дыры, можно заполнить информацией слепое пятно с помощью этих специфических клеток.

Это заполнение, или “штопание”, слепого пятна на карте V1 является ярчайшим примером того, что ученые называют перцептивным заполнением. Мозг воссоздает недостающие данные, используя поступающую от глаз частичную информацию. И это лишь один из многих примеров заполнения пробелов в нашем чувственном опыте. Многие оптические иллюзии срабатывают по той причине, что наша зрительная система изначально обладает способностью восполнять информацию, которая кажется недостающей, даже когда это не так. Например, если мы смотрим на изображение двух движущихся полос, которые выровнены между собой, но разделены неподвижным пробелом, нам кажется, что они перекрывают пробел и соединяются друг с другом, хотя это не так. Группа ученых проанализировала эту ситуацию, чтобы понять, что происходит на участке карты V1, соответствующем пробелу, когда люди наблюдают эту иллюзию. Отражает ли активность мозга в этой области информацию, которую получают глаза (а именно – отсутствие движения через пробел), или субъективное восприятие участников эксперимента (то есть заполняющийся пробел)?

Для изучения карт V1 у живых людей[17] ученые используют популярный способ сканирования мозга, который можно осуществить на аппарате для магнитно-резонансной томографии (МРТ). Этот метод, называемый функциональной МРТ (фМРТ), позволяет понять, как активность мозга изменяется во времени или в ответ на манипуляции экспериментатора. Если при проведении фМРТ участники эксперимента смотрят на яркий вспыхивающий экран, по результатам сканирования можно проанализировать их зрительные карты V1. Именно так ученые исследовали активность в области V1 у людей, смотревших на движущиеся полосы и наблюдавших оптическую иллюзию. Активность нейронов в области V1, отображающей неподвижный пробел, усиливалась, когда люди наблюдали эффект иллюзии и видели, как движущиеся полосы заполняют пробел. Короче говоря, воображаемые полосы, продолжавшие движение через пробел, видны на самой карте V1. Полосы пересекали пробел и на картах V1 у участников эксперимента, и в их осознанном зрительном восприятии.