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

На деле эта экономия изящно достигается при помощи механизма, называемого латеральным торможением. Изложу принцип его действия в упрощенном виде, используя нашу аналогию с экраном из фотоэлементов. От каждого фотоэлемента отводится один длинный провод к главному компьютеру (мозгу), а также короткие проводки к непосредственным соседям по экрану. Через эти проводки на соседей оказывается тормозное действие — иными словами, понижается их способность производить импульсы. Нетрудно видеть, что наиболее высокий уровень сигнала будет приходить от тех клеток, которые отображают контуры, так как они будут тормозиться соседями только с одной стороны. На низших уровнях обработки информации подобное латеральное торможение — явление типичное для глаза как позвоночных, так и беспозвоночных животных.

И в этом случае мы тоже можем сказать, что головной мозг занимается созданием виртуального мира — более завершенного, чем та картина, которую передают ему органы чувств. Информация, приходящая от зрительных рецепторов к мозгу, — это главным образом информация о краях и границах. Но имеющаяся у мозга модель реальности способна заполнять пробелы между этими краями. Как и в примере с приостановками передачи данных во времени, здесь получается сэкономить благодаря удалению избыточности — с последующим ее восстановлением в головном мозге. Такая экономия возможна только потому, что в мире есть однообразные участки. Если бы тени и цвета испещряли наш мир бессистемно, ни о какой его экономичной реконструкции не могло бы быть и речи.

Другая разновидность избыточности вытекает из того факта, что в реальном мире многие линии являются либо прямыми, либо искривленными плавным и, следовательно, предсказуемым (то есть математически реконструируемым) образом. Если указать концы линии, то промежуток между ними может быть заполнен в соответствии с простым правилом, уже «известным» мозгу. Среди нервных клеток, обнаруженных в головном мозге млекопитающих, имеются так называемые «детекторы линий», то есть нейроны, которые возбуждаются всякий раз, когда на некий определенный участок сетчатки — «рецептивное поле» данного нейрона — попадает прямая линия, находящаяся под неким определенным углом. Каждая из этих чувствительных клеток реагирует на какое-то одно, «свое» направление линии. В кошачьем мозге таких предпочтительных направлений только два: горизонтальное и вертикальное, причем каждое представлено примерно одинаковым количеством клеток. Мозг обезьян, однако, признает и другие направления. С точки зрения наших рассуждений об избыточности происходит примерно следующее. Все клетки сетчатки, на которые проецируется прямая линия, возбуждаются, и большинство возникающих при этом импульсов избыточны. Нервная система экономит на том, что все данные об этой линии, с учетом угла ее наклона, регистрирует одна-единственная клетка. Прямые линии лаконично обозначаются только их местоположением и направлением или же только координатами их концов, но никак не уровнем освещенности каждой точки на всем их протяжении. Головной мозг заново сплетает виртуальную линию, реконструируя все ее промежуточные точки.

Как бы то ни было, если вдруг какая-то деталь видимой картины отделяется от фона и начинает по нему передвигаться, то это новость — и о ней следует сообщить. Биологи и в самом деле обнаружили такие нервные клетки, которые молчат до тех пор, пока что-либо не начнет перемещаться по неподвижному фону. Если двигается вся картина целиком, клетка не реагирует — ведь это похоже на то мнимое движение, какое животное видит всякий раз, когда двигается само. Однако перемещение небольших предметов на неподвижном фоне богато информацией — и существуют специальные нейроны, чтобы выявлять его. Самыми знаменитыми из этих нервных клеток являются так называемые «детекторы букашек», открытые у лягушек Леттвином (внуком той самой бабушки) и его коллегами. Детектор букашек — это клетка, которая, насколько можно судить, не чувствительна ни к чему, кроме движения мелких объектов относительно их фона. Как только какое-нибудь насекомое начинает двигаться по участку зрительного поля, контролируемому данной клеткой, та сразу же запускает мощную передачу сигналов, после чего лягушка обычно выбрасывает свой язык, чтобы поймать насекомое. Впрочем, для достаточно сложно организованной нервной системы даже движение букашки избыточно, если та движется по прямой. Будучи извещены о том, что насекомое перемещается к северу на постоянной скорости, вы вполне можете исходить из того, что оно будет продолжать так двигаться, пока не получите новое уведомление. Пойдя в своих рассуждениях еще чуточку дальше, мы должны будем предположить наличие в головном мозге клеток-детекторов более высокого порядка, особо чувствительных к изменениям в характере движения — скажем, к смене направления или скорости. Леттвину с соавторами удалось обнаружить, опять-таки у лягушки, клетку, судя по всему, занимающуюся именно этим. Вот как они описывают один из своих опытов в статье, опубликованной в журнале Sensory Communication (1961 г.):

Подводя итог вышеизложенному, можно сказать, что на различных уровнях своей иерархии нервная система отлажена таким образом, чтобы бурно реагировать на неожиданное, в то время как на ожидаемое реагировать слабо или не реагировать вовсе. Только само понятие неожиданности постепенно усложняется при переходе на каждый следующий уровень. На низшем уровне любое освещенное пятнышко — новость. Если подняться на уровень выше, новостью будут считаться уже только очертания. А поскольку многие очертания образованы прямыми линиями, на следующем уровне только концы линий признаются за новости. Забравшись еще выше, увидим, что там новости — это только движение. А еще выше — только изменения скорости и направления движения. Пользуясь терминологией Барлоу, взятой им из теории кодирования, мы могли бы сказать, что в частых и предсказуемых сообщениях нервная система употребляет короткие, экономичные слова, а в редких и неожиданных сообщениях — слова длинные и затратные. Это сродни тому, что наблюдается в человеческих языках, где самые короткие слова — они же и наиболее часто используемые (в общем виде данное правило называется законом Ципфа). Если довести эту мысль до крайности, то на протяжении большей части времени мозг не нуждается ни в какой информации, ибо происходящее — стандартно. Сообщать об этом было бы лишним. Головной мозг защищается от избыточной информации при помощи иерархической системы фильтров, каждый из которых настроен на то, чтобы устранять предсказуемые подробности того или иного рода.