Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга - Дэвид Иглмен

В целом принцип адаптации на основе актуальности позволяет нам понять, как животные, постоянно получая разнообразные повреждения, умудряются не утрачивать подвижность за счет того, что их мозг при необходимости адаптируется, чтобы сохранить возможность преследовать свои цели. Ниже будет рассказано, как использовать этот принцип при создании роботов нового типа, которые продолжат функционировать, даже если сломается ось, сгорит часть материнской платы или разболтается какой-нибудь винтик.

Но прежде надо понять, что объединяет симптомы отмены наркотических веществ и переживание горя и почему такое понятие, как неожиданность, играет столь значимую роль в мозговой алхимии.

В 1980-е годы десятки тысяч людей стали замечать непонятное явление. Когда они смотрели на конверт от дискеты, украшенный черно-белым логотипом IBM, им казалось, что буквы слегка отливают красным. Такая же странность поджидала их на книжных страницах: типографский текст тоже давал красноватый оттенок, причем ни до 1980-х годов, ни после никто ничего подобного не наблюдал. Какие же изменения приключились в человеческом мозге в этом временном окне? Чтобы разобраться в сути явления, нам придется вернуться на 2400 лет назад.

Лошадь посреди реки

Первую в истории запись о зрительной иллюзии сделал славившийся наблюдательностью Аристотель. Однажды он увидел застрявшую посреди быстрого горного потока лошадь и людей, пытавшихся вызволить ее. Движимый состраданием, Аристотель сосредоточенно следил за спасательной операцией, не отрывая глаз. Когда же он наконец отвел взгляд, ему показалось, что все вокруг — скалы, деревья, сама земля — движется в противоположную течению реки сторону.

Если вы хотите пережить смутившее Аристотеля, хотя и приятное ощущение, простейший способ — пристально смотреть на водопад. На некоторое время сосредоточьте взгляд на низвергающихся потоках воды, а потом переведите его на боковой скальный склон. И вам покажется, что скала движется вверх.

Эта известная оптическая иллюзия называется эффект постдвижения. Почему так происходит? В вашей зрительной коре активность определенной группы нейронов передает нисходящее движение, а активность другой группы — восходящее. Обе группы обречены на вечную борьбу. Большую часть времени битва идет на равных и обе стороны в одинаковой степени подавляют одна другую. В итоге вы видите, что мир не поднимается и не опускается.

С учетом сказанного самое распространенное объяснение эффекта постдвижения — утомление: от долгого наблюдения за нисходящим движением кодирующие его нейроны в зрительной коре успевают израсходовать значительную часть своей энергии, из-за чего их сила на некоторое время истощается. И, значит, перевес в вечной битве получают нейроны, отвечающие за восходящее движение. Из-за этой разбалансировки вы и наблюдаете эффект восходящего движения.

Гипотеза утомления привлекает своей простотой. Но, увы, она неверна и некоторые существенные факты иллюзии не объясняет. Предположим, вы какое-то время пристально смотрите на водопад, а потом вам плотной повязкой закрывают глаза часа на три. Снова открыв глаза, вы увидите, что горные склоны по бокам водопада движутся вверх. Вот вам и доказательство, что временное истощение нейронов к этой оптической иллюзии не имеет отношения, ее корни лежат где-то глубже.

Иллюзия образуется не из-за пассивного утомления, а, напротив, в силу активной перенастройки. Вы предъявляете зрительной системе картину нисходящего движения мира, и через некоторое время у мозга возникает предположение, что это новая норма. Поначалу мозг расценивает нисходящее движение как информацию поистине сенсационного свойства, но на протяжении некоторого времени она остается стабильной. Мозг принимает это как новую реальность: мир скорее сползает вниз, чем поднимается. Ваша зрительная система тщательно перенастраивается, чтобы отражать новую нормальность мира и ожидать больше нисходящего, чем восходящего движения. Но когда вы переводите взгляд с водопада на неподвижный боковой склон, перенастроенная установка зрительной коры со всей очевидностью бросается в глаза, потому что теперь скалы и деревья всплывают к небесам. Установка (то есть то, что именно считать неподвижным), как видите, изменилась1.

Так происходит потому, что система всегда желает установить точку отсчета, некий эталон, позволяющий лучше и точнее выявлять изменения. В нашем случае, когда ваше поле зрения заполняется видом водопада, мозг прилагает усилия, чтобы изъять из картины нисходящее движение (теперь всякий нисходящий поток для него больше не информативен, так как стал точкой отсчета), и потому нейронные связи корректируются, чтобы максимально чутко воспринимать новую информацию.

Активную перенастройку такого сорта вы переживаете довольно часто. Скажем, когда вы высаживаетесь из лодки, вас некоторое время преследует ощущение, что земля под вами колышется, как будто вы все еще на воде. Это так называемое обратное последействие — нечто вроде негативного восприятия движения воды.

Вы также замечали подобные иллюзии, если практикуете бег. Мозг привычно посылает ногам двигательные команды (беги!), вы ускоряетесь, и входные зрительные сигналы проплывают мимо вас. Но когда вы находитесь на беговом тренажере, мозг не получает проплывающих мимо зрительных сигналов — вместо этого вы все время смотрите на стену перед вами. Сойдя с тренажера, вы переживаете тренажерную иллюзию: при каждом шаге в сторону раздевалки вам кажется, что окружающая обстановка проплывает мимо вас быстрее, чем полагалось бы, и у вас возникает впечатление, что вы движетесь быстрее, чем на самом деле2. Здесь, как и в случаях с Аристотелевой лошадью, водопадом и шаткостью почвы после катания на лодке, ваш мозг перестраивает свои ожидания относительно реальности — движение ваших ног должно преобразоваться в проплывающий мимо визуальный ряд.

Вот еще один пример. Посмотрите на изображенные ниже черные и белые полоски (рис. 7.1). Вроде бы в них нет ничего особенного, верно?

Рис. 7.1. Четыре квадрата

Печатается с разрешения автора

А теперь взгляните на квадраты в черно-красную и черно-зеленую полоску на сайте eagleman.com/livewired: зеленые полоски располагаются горизонтально, красные — вертикально. На несколько секунд задержите взгляд на красных полосках, потом на зеленых, затем опять на красных, а после снова на зеленых. Проделывайте этот цикл в течение примерно трех минут.

Теперь снова вернитесь к белым и черным полоскам на рис. 7.1. Вы увидите, что пространство между горизонтальными линиями приобрело красноватый оттенок, а между вертикальными — зеленоватый3.

Почему так произошло? Потому что, пока вы сосредоточенно рассматривали цветной рисунок, мозг осознал, что зеленый цвет теперь связывается с горизонтальными линиями, а красный — с вертикальными, и соответственно адаптировался, исключив из своей картины реальности это странное свойство. Когда вы снова сосредоточили взгляд на черно-белых полосках, возник эффект последействия: мозг начал сдвигать горизонтальные полоски в сторону противоположного цвета — красного, тогда как вертикальные, наоборот, в сторону зеленого. (Снова повторюсь, к утомлению нейронов данный эффект никакого отношения не имеет. В 1975 году двое исследователей показали, что если пристально смотреть на красные и зеленые линии в течение 15 минут, то эффект последействия может продлиться три с половиной месяца4.)