Все эти поля ощущают ориентацию, – нужно тридцать таких полей, чтобы выделить наклоны одной-единственной линии через каждые шесть градусов во всем диапазоне углов от нуля до 180 градусов.
Есть поля, которые видят, скажем, только горизонтальную линию, движущуюся сверху вниз, а на вертикальную, гуляющую вправо-влево, внимания не обращают.
Сверхсложные поля выделяют уже не просто линии, а линии вполне определенной длины. Небольшое отклонение размера в ту или иную сторону, и реакцию нейрона не обнаружишь, «лампочка» не вспыхивает.
А то вдруг микроэлектрод натыкается на клетку, которой природа задала задачу: реагировать только на информацию, поступающую сразу от обоих глаз, и молчать, если один из них не видит стимула на экране. Сдвинули контакт чуть глубже или в сторону (не забывайте, что толщина коры головного мозга у кошек равна максимум двум миллиметрам, а у человека – четырем с половиной) – здесь нейрон, воспринимающий сигналы преимущественно от правого глаза, а рядом – в основном от левого: они имеют прямое отношение к проблеме объемного, бинокулярного зрения, которой мы еще займемся.
Полей коры – тысячи, сотни тысяч и миллионы. Перекрывая друг друга, именно они позволяют зрительному аппарату оценивать с помощью одних и тех же рецепторов сетчатки и элементы контура, и яркость, и цвет, и многое другое, делать это сразу по всему зрительному пространству, открывающемуся глазу, одновременно.
В области наиболее четкого зрения – центральной ямке сетчатки – находятся маленькие поля, позволяющие тонко распознавать форму предметов.
Ближе к краям сетчатки – поля крупные, с помощью которых форму не различишь, но зато уловишь яркость и движение, так что даже боковым зрением удается заметить мчащийся автомобиль или вспыхнувший фонарик (эти специфические поля обнаружены у всех млекопитающих, с какими только работали по этой теме ученые). Стоит появиться на краю поля зрения чему-то движущемуся, как через 15...17 сотых долей секунды туда непроизвольно обращается взор. Причем исключительно точно: пауза, потом быстрый скачок (скорость плавно нарастает до максимальной и так же плавно сбрасывается до нуля), и центральная ямка направлена прямехонько на объект, чтобы дальше безошибочно отслеживать его движение. Что все это значит?
Только то, что данные о движении предмета – его скорости, направлении, ускорении – зрительный аппарат вырабатывает перед началом ясного видения, по каналу (или каналам), с опознанием формы никак не связанным.
И действительно, нейроанатомы нашли, что подкорковая структура «ядро глазодвигательного нерва» получает сигналы прямо от сетчатки, минуя НКТ, а также от затылочной коры, такое двойное подчинение, по-видимому, и обеспечивает перемещение глазного яблока задолго (по скоростям мозговых процессов) перед тем, как мы увидим ясно то, на что обратили взор.
Поля – врожденные структуры. Их отыскали даже в коре еще не прозревших котят. «Существовавшее ранее представление о том, что большинство связей мозга функционально отбирается из совокупности случайно сформированных соединений, в настоящее время кажется неправомочным. Уже на ранних стадиях развития большинство связей устанавливается точно; существует много доказательств того, что образованные связи специфичны не только для данной области мозга, но и для данного нейрона (а в некоторых случаях и для данных частей нейрона) внутри этой области», – читаем мы в книге «Мозг».
И возникла мысль, что поля, реагирующие на линии, углы, дуги, площадки и так далее, – не что иное, как те самые детекторы, задача которых состоит в выделении признаков разных изображений. А затем, мол, эти признаки объединяются между собой в высших отделах мозга, формируют сложные признаки, потом еще более сложные, и в конце концов находится где-то гностический (от греческого «гнозис» – знание, познание) нейрон, сигнализирующий, что в поле зрения появился данный предмет. По этому поводу шли дискуссии, и Джордж Сомьен писал в книге «Кодирование сенсорной информации в нервной системе млекопитающих», что «вопрос о возможности существования клеток «детекторов кошки», т.е. нейронов или групп нейронов, специализированных для идентификации определенных классов предметов, вновь поднят со всей серьезностью».
Увы, дальнейшие исследования показали, что детекторная гипотеза «не проходит». Ну хотя бы потому, что не отвечает на такой вопрос: почему мы одинаково хорошо способны узнать льва и на реалистическом, во всех подробностях, рисунке, и в изощренно-стилизованном или наивно-детском изображении? Фрагменты каждый раз разные, сработают разные выделяющие детекторы, а результат один и тот же. Что же, для каждого такого льва существует отдельный детектор? Сомнительно, покачал бы головой философ Уильям Оккам (ок. 1285 – 1349), провозгласивший принцип: не нужно делать посредством большего то, что можно достичь посредством меньшего...
Где же выход? Оказалось, в новом подходе к роли полей, в той гипотезе, которая была выдвинута коллективом Лаборатории профессора Глезера.
...Кошке сделали трепанацию черепа, просверлили дырочку в черепной коробке. Кошки переносят операцию завидно хорошо, к вечеру уже прыгают.
Но эта лежит неподвижно. Она кураризирована: в вену ей мелкими каплями подают кураре, тот некогда таинственный яд, которым южноамериканские аборигены смазывали наконечники своих копий и стрел. Кураре, словно выключатель, останавливает действие мышц, и глаза кошки направлены строго в одну точку, туда, где ей на экране показывают «кино». Тихо шуршит аппарат искусственного дыхания. Кошка лежит на теплой грелке и, не исключено, блаженствует. Во всяком случае не сердится и не искажает своей злостью результатов опыта.
А по экрану проплывает светлая полоска, ведь неподвижные глаза иначе ничего не увидят. Вот полоску сменила «зебра» – две светлые полоски с темным промежутком между ними, а то по команде экспериментатора появятся «зебра» из трех полосок, четырех, пяти... Решетки... Пространственные частоты, каждая из которых – речь, обращенная к мозгу...
– Они открыли нам, что мозг действительно занимается голографией, – сказал Глезер. И стал рассказывать прежде всего не о своей лаборатории, а о работах Хьюбела и Визела.
Эти нейрофизиологи в конце 60-х годов выяснили, что в затылочной коре кошки можно обнаружить не одну клетку, настроенную на выделение линии определенного размера, а несколько. Требовалось только двигать микроэлектрод строго перпендикулярно к поверхности коры, и такие клетки встречались одна за другой, словно лежащие столбиком монетки. А рядом другой столбик, настроенный на такую же линию, только иного наклона...
В итоге на площади около 0,8 x 0,8 миллиметра – в модуле – собираются столбики нейронов, отхватывающих все ориентации линии, от нуля до 180 градусов (см. иллюстрацию справа). Замечательно, что у человека и обезьян в каждом столбике примерно 260 клеток, и это число удивительно стабильно по всей затылочной коре. А у всех иных млекопитающих – там только по 110. И хотя серьезные доказательства отсутствуют, есть мнения, что такое различие имеет далеко идущие следствия. Вполне возможно, что именно оно определяет более высокие интеллектуальные способности приматов. Ведь во всех других, не-зрительных участках коры, даже у человека столбики состоят из 110 нейронов...
Рис. 45. Модульная организация коры головного мозга. Столбики модуля распознают линии и решетки всех ориентаций от 0 до 180 градусов через каждые 6 градусов. Размер поля затылочной коры кошки определяет остроту ее зрения. У человека поле впятеро меньше – 0,5 градуса – и соответственно острота зрения выше
Английский нейрофизиолог Вернон Маунткасл, настойчиво пропагандирующий мысль о модульной организации коры, открыл это свойство мозга в конце 50-х годов прошлого века. Он показал, что вертикальные связи нейронов каждого столбика гораздо интенсивнее, чем горизонтальные, передающие сигналы от столбика к столбику. И что каждый столбик работает относительно независимо, делает свое дело как суверенная система с собственными входом и выходом. Маунткасл исследовал соматосенсорную кору, область мозга, на которую проецируются окончания нервов, несущих сведения от кожи и внутренностей. Эксперименты Хьюбела и Визела подтвердили, что таким же способом устроена зрительная кора.