Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться - Ричард Докинз

Но такая «стратегия замочной скважины» нереализуема — она не выдерживает проверки простой арифметикой. Даже если бы Леттвину не нужно было распознавать никакие другие объекты, кроме своей бабушки, как бы он выходил из положения в тех случаях, когда ее изображение попадало бы на другую область сетчатки? Как быть с тем, что это изображение меняет свои размер и форму по мере того, как бабушка приближается или удаляется, поворачивается боком или откидывает голову назад, улыбается или хмурится? Если сложить все возможные сочетания «замочных скважин» и их «негативов», получится число астрономического порядка. А когда мы вспомним о том, что Леттвин умеет распознавать не только лицо своей бабушки, но и сотни других лиц, а также другие части тела бабушки и прочих людей, все буквы алфавита и тысячи предметов, которые любой нормальный человек способен мгновенно назвать независимо от того, какой стороной они повернуты и какую площадь занимает их изображение на сетчатке, тогда необходимое количество включающих этот процесс клеток взрывообразно выйдет из-под контроля. Американский физиолог Фред Эттнив, пришедший к тем же общим выводам, что и Барлоу, подал эту мысль более эффектно при помощи следующего подсчета: даже если бы различением каждой фигуры в каждом возможном ракурсе занималась по принципу «замочной скважины» всего одна клетка, объем мозга измерялся бы кубическими световыми годами.

Так каким же образом в таком случае это удается нашему мозгу с его объемом порядка сотен кубических сантиметров? Ответ на поставленный вопрос предложили в 1950-х годах Барлоу и Эттнив независимо друг от друга. Они высказали мнение, что нервная система пользуется крайней избыточностью входящих сенсорных данных. «Избыточность» — это слово из области теории информации, и изначально им пользовались инженеры, работавшие над тем, чтобы оптимизировать пропускную способность телефонных линий. Информация в этом специальном смысле представляет собой меру неожиданности — величину, обратную ожидаемой вероятности. А избыточность — это понятие, противоположное информации: мера неоригинальности, обыденности. Избыточные сообщения или части сообщений неинформативны, поскольку в каком-то смысле их содержание уже известно адресату. Газеты не выходят с заголовками вроде «Сегодня утром взошло солнце». Количество информации в таком заявлении близко к нулю. Но если бы однажды утром солнце не взошло, составители газетных заголовков, останься кто-нибудь из них в живых, уделили бы этому факту самое пристальное внимание. Информативность была бы теперь значительной — в соответствии с неожиданностью сообщения. Как устная, так и письменная речь в большой степени избыточна — вот откуда берется сжатый телеграфный стиль: избыточность устранена, информация оставлена.

Все знания о мире, находящемся за пределами наших черепных коробок, мы получаем от нервных клеток, по которым, подобно пулеметным очередям, пробегают импульсы. То, что нервная клетка непосредственно передает, представляет собой поток «потенциалов действия» — импульсов, чья сила постоянна (или, по крайней мере, не имеет значения), а вот частота меняется и тем самым несет информацию. Теперь давайте подумаем о принципах шифрования. Как бы вы преобразовали данные о внешнем мире — скажем, звук гобоя или температуру ванны — в импульсный код? Первое, что приходит на ум, — это простое варьирование частоты: чем теплее ванна, тем интенсивнее «пулеметная очередь». Иными словами, у головного мозга мог бы иметься свой термометр, настроенный на частоту импульсов. На самом деле такой код нехорош, поскольку он расходует сигналы неэкономно. Памятуя о понятии избыточности, можно разработать шифры, передающие ту же информацию меньшим числом импульсов. Температуры в нашем мире по большей части остаются неизменными на протяжении длительных периодов времени. Твердить при помощи непрекращающегося града импульсов: «Горячо, горячо, по-прежнему горячо…» — это расточительство. Лучше сказать: «Внезапно сделалось горячо», — имея в виду, что так оно и будет оставаться вплоть до следующего уведомления.

К нашему удовлетворению, нервные клетки в большинстве своем именно так и поступают, и это касается не только сигналов о температуре, но и передачи почти любой информации из окружающего мира. Бóльшая часть нервных клеток настроена на то, чтобы сообщать о происходящих с миром изменениях. Если трубач тянет одну продолжительную ноту, то типичная нервная клетка извещает об этом мозг, руководствуясь примерно следующей схемой передачи импульсов. До начала звучания — низкая частота сигналов; сразу после начала — высокая, но по мере того, как труба продолжает играть ту же самую ноту, частота «пулеметных очередей» падает до редкого постреливания; а когда звук прекращается — снова высокая частота сигналов, тоже впоследствии затухающая до уровня остаточного невнятного бормотания. Или же могут быть два типа нервных клеток: одни возбуждаются только при начале звуков, а другие — при их прекращении. Аналогичное использование избыточности — игнорирование однообразия — происходит и в клетках, сообщающих нашему мозгу о колебаниях освещенности, температуры, давления. Вся информация об окружающем мире преподносится нам как изменение, и в этом заключается громадная экономия.

Но ни вам, ни мне не кажется ведь, будто труба затихает. Мы слышим, как ее звук поддерживается на постоянной громкости, а после резко обрывается. Разумеется, это так. Это именно то, чего и следует ожидать от искусной системы кодирования. Она не упускает информацию, она только отбрасывает лишнее. Головному мозгу не докладывают ни о чем, кроме изменений, а уж его дело — воссоздавать все остальное. Барлоу не говорит этого напрямую, но мы могли бы сказать, что мозг, пользуясь сигналами, которые приходят по нервам, идущим от органов слуха, конструирует виртуальный звук. Мы воспринимаем такое восстановленное виртуальное звучание полностью и без сокращений, несмотря на то что сами сигналы экономно урезаны до информации об изменениях. Функционирование этой системы основывается на том, что состояние мира в любой отдельно взятый момент обычно мало отличается от состояния мира в предшествовавшую секунду. У наших органов чувств был бы резон беспрестанно информировать нас о состоянии мира только в том случае, если бы мир изменялся непредсказуемо, бессистемно и часто. В действительности же они экономично настроены на то, чтобы сообщать только о его неоднородностях, а головной мозг, исходя из справедливого допущения, что изменения, происходящие с миром, не взбалмошны и не случайны, пользуется получаемыми данными для создания своей собственной виртуальной реальности, возвращая ей первоначальную целостность.

Окружающий нас мир демонстрирует аналогичную избыточность не только во времени, но и в пространстве, и мозг прибегает здесь к подобным же уловкам. Органы чувств сообщают ему только о границах, которые он самостоятельно заполняет однообразным содержимым. Представьте себе, будто вы видите перед собой черный прямоугольник на белом фоне. Все это зрелище проецируется на вашу сетчатку, представляющую собой своего рода экран, плотно выстланный крошечными фотоэлементами — палочками и колбочками. Теоретически каждая палочка или колбочка могла бы сигнализировать головному мозгу о том, какова интенсивность падающего на нее света. Однако видимая нами картина чрезвычайно избыточна. Клетки, которые регистрируют черный цвет, с огромной вероятностью окружены клетками, также регистрирующими черный. А почти все клетки, регистрирующие белый, окружены клетками, также передающими информацию о белом цвете. Единственное важное исключение составляют фоторецепторы, располагающиеся на границе двух цветов. Те из них, которые находятся по белую сторону границы, сообщают о белом цвете, так же как и их соседи со стороны белой зоны. Однако соседи, расположенные по другую сторону, находятся уже в зоне черного цвета. В принципе, если бы на сетчатке возбуждались только эти пограничные клетки, мозг уже мог бы полностью воссоздать всю картину. И если бы такого можно было добиться, то экономия нервных импульсов оказалась бы колоссальной. Опять-таки: избыточность удаляется, а проходит только информация.