Сетчатка и зрительная кора головного мозга: насколько сильно они изменяют реальность
Мы привыкли думать, что видим мир таким, какой он есть. Свет падает на глаз, картинка формируется на сетчатке, мозг её «считывает» — и готово. На деле всё гораздо сложнее и интереснее. Сетчатка и зрительная кора не просто передают изображение, а активно его перестраивают, достраивают и предугадывают. То, что мы называем зрением, — это не фотография реальности, а её искусно смонтированная версия, созданная мозгом для наших нужд. Насколько сильно эта версия отличается от «объективной» картины? Ответ лежит в устройстве глаза и коры, изученном десятилетиями точнейших экспериментов.
Сетчатка: не камера, а хитрый фильтр
Свет проходит через хрусталик, который переворачивает изображение вверх ногами и зеркально отражает его слева направо. На сетчатке оно уже перевёрнутое. Мозг, конечно, «привыкает» и мы видим мир правильно, но сам факт говорит: глаз — не объектив.
В сетчатке человека около 120 миллионов палочек и 6 миллионов колбочек. Но сигнал на выходе идёт всего по миллиону волокон зрительного нерва. Уже здесь — колоссальное сжатие информации. Ганглиозные клетки имеют рецептивные поля центра-окружения: центр возбуждается, окружение тормозится (или наоборот). Результат — усиление контрастов, подавление однородных поверхностей. Мы плохо видим абсолютную яркость, зато отлично замечаем края и изменения.
Классический пример — решётка Германа: на перекрёстках чёрных линий на белом фоне появляются серые пятна. Это работает латеральное торможение на уровне сетчатки и латерального коленчатого тела. Никакой «реальной» серости там нет — мозг её придумал.
Слепое пятно: дыра, которой мы никогда не видим
Самый яркий пример искажения — слепое пятно. Там, где зрительный нерв выходит из глаза, нет фоторецепторов. У каждого человека это область диаметром около 6 градусов — размером с десяток лун на небе. Закройте один глаз, посмотрите на точку, и палец, попавший в слепое пятно, исчезнет. Но в обычной жизни мы его не замечаем.
Мужчины, которые берут фамилию супруги: что с ними не так
Мозг заполняет пробел информацией из окружения. Если вокруг красное поле — в слепом пятне тоже будет красное. Если полоски — полоски продолжатся. Эксперименты с движущимися стимулами показали: после адаптации к движению в области слепого пятна возникает послеэффект движения, хотя ретинального сигнала там нет. Значит, заполнение происходит активно, на уровне коры.
Фовеа против периферии: неравный взгляд на мир
В центре сетчатки — желтое пятно, фовеа, где колбочки плотно упакованы и почти нет палочек. Разрешение здесь максимальное. Но в первичной зрительной коре (V1) этому крошечному участку (всего 2–3 градуса) отведена огромная территория.
Кортикальное увеличение (cortical magnification) в V1 падает от центра к периферии в 30–90 раз — в зависимости от метода измерения. На фовеальное представление уходит до половины всей зрительной коры. Поэтому мы вынуждены постоянно двигать глазами: саккады по 3–4 раза в секунду. Периферия видит грубо, в основном движение и крупные формы. Мозг экономит ресурсы, фокусируя вычислительную мощь там, где это критично для выживания — на том, на что мы смотрим прямо.
V1 — фабрика по обнаружению линий
Дэвид Хьюбел и Торстен Визель (Нобелевская премия 1981 года) потратили четверть века на то, чтобы вживую записывать активность нейронов в зрительной коре кошек и обезьян. Они открыли: простые клетки V1 реагируют на ориентированные отрезки света или тьмы в определённом месте и под определённым углом. Сложные клетки — на ориентацию без строгой локализации, а также на движение.
Кора организована колонками: ориентационные (все углы представлены), глазодоминантные (левый или правый глаз), цветовые «пятна» (blobs). Всё это — результат переработки сигнала, пришедшего от сетчатки через латеральное коленчатое тело. Хьюбел и Визель показали: уже на первом корковом уровне мир разбивается на элементарные черты. Дальше — сборка.
Иллюзии: когда мозг выдаёт себя с головой
Оптические иллюзии — это не сбой, а нормальная работа системы. Треугольник Канизсы: три чёрных «пака» создают ощущение белого треугольника, которого нет. Границы достраиваются в V2, поверхность заполняется в более высоких областях.
Иллюзия Понзо: две одинаковые линии на рельсах кажутся разной длины, потому что мозг применяет правило перспективы. Иллюзия Мюллер-Лайера — то же самое с «стрелками». Всё это — работа константности размера и формы: мозг пытается увидеть трёхмерный мир на двумерной сетчатке и иногда переусердствует.
Ричард Грегори в книге «Глаз и мозг» (1966, многократно переизданная) называл иллюзии «ошибками гипотез». Мозг выдвигает гипотезы о мире и проверяет их на данных. Когда данных мало или они двусмысленны — гипотеза побеждает.
Предиктивное кодирование: 80 процентов сигнала идёт сверху
Современная картина ещё радикальнее. Согласно теории предиктивного кодирования (Раджеш Рао и Дана Баллард, 1999; Карл Фристон и последователи), кора не ждёт данных снизу. Она постоянно генерирует предсказания и отправляет их вниз по иерархии. Снизу идут только ошибки предсказания.
В V1 примерно 80 % синаптических входов — от высших областей и горизонтальных связей, и лишь 20 % — от таламуса (ретина → LGN). Мозг предугадывает, что должно быть в следующем кадре, и корректирует только когда ошибается. Поэтому мы не замечаем саккадического подавления (в момент быстрого движения глаз мир не «размазывается»), не видим собственной слепоты в слепом пятне.
Эволюционный смысл «искажений»
Все эти механизмы — не недостатки, а адаптации. Животному не нужна идеальная копия мира — нужна быстрая и полезная модель. Заполнение слепого пятна, усиление контрастов, предсказание движения — всё это экономит энергию и повышает шансы выжить. Мозг, тратящий 20 % всей энергии тела на зрение, оптимизировал систему под реальные задачи: хватать, избегать, распознавать лица и угрозы.
Мы живём не в объективной реальности, а в той версии, которую построила для нас эволюция через сетчатку и зрительную кору. И эта версия удивительно надёжна — пока мы не начинаем её проверять специальными тестами.
В конечном счёте, вопрос «насколько сильно они искривляют реальность» имеет простой ответ: ровно настолько, чтобы мы могли в ней успешно существовать. Мир, который мы видим, — это не искажённая копия, а лучшая из возможных интерпретаций. И в этом, пожалуй, главная красота нейронауки: чем глубже мы понимаем механизмы зрения, тем яснее становится, что сознание — это не пассивное отражение, а постоянное творчество.
