Есть ли в комнате носорог?
Говорить об этих представлениях нашего мозга об окружающем мире можно по-разному. Например, можно говорить о причинах и следствиях. Если я считаю, что в этой комнате сейчас находится носорог, то, возможно, этот носорог и вызывает соответствующие ощущения, получаемые моим мозгом от глаз и ушей. Мозг осуществил поиск возможных причин моих ощущений и пришел к выводу, что наиболее вероятная причина — это присутствие в комнате носорога. Можно также говорить о моделях. Мой мозг может предсказать, какие ощущения вызовет носорог, потому что обладает некоторыми априорными представлениями о носорогах. На основе этих априорных знаний у меня в сознании сложился образ носорога.
В моем случае это крайне ограниченная модель. Она включает размер животного, его силу, его необычный рог и мало что другое. Но ограниченность моих знаний не имеет значения, потому что модель — это не исчерпывающий список сведений о моделируемом объекте. Модель подобна карте, отображающей реальный мир в уменьшенном масштабе17. Многие аспекты окружающего мира нельзя найти на карте, но расстояния и направления отражены на картах довольно точно. Пользуясь картой, я могу предсказать, что через 50 ярдов найду поворот налево, и если это карта зоопарка, то, возможно, я даже смогу предсказать, что, скорее всего, увижу там еще одного носорога. Я могу воспользоваться картой, чтобы предсказать, сколько времени займет то или иное путешествие, даже не совершая его.
Есть ли в комнате носорог?
Этот рисунок носорога работы Конрада Геснера, опубликованный в 1551 году, скопирован с другого рисунка, работы Альбрехта Дюрера. Сам Дюрер никогда не видел носорогов, а его рисунок был выполнен по чужому эскизу и описанию, прочитанному Дюрером в письме.
Я могу провести курвиметром по определенному маршруту на карте, моделируя настоящее путешествие, и узнать, какой длины будет этот маршрут. Мой мозг содержит много подобных карт и моделей и пользуется ими, чтобы делать предсказания и моделировать действия. Я вижу, что профессор английского в недоумении. “Но ведь в этой комнате нет носорога”, — говорит она.
“Вы что, его не видите? — отвечаю я. — Вам просто не хватает достаточно сильного априорного убеждения”.
Наше восприятие зависит от априорных убеждений. Это не линейный процесс, вроде тех, в результате которых возникают изображения на фотографии или на экране телевизора. Для нашего мозга восприятие — это цикл. Если бы наше восприятие было линейным, энергия в виде света или звуковых волн достигала бы органов чувств, эти послания из окружающего мира переводились бы на язык нервных сигналов, и мозг интерпретировал бы их как объекты, занимающие определенное положение в пространстве. Именно этот подход и сделал моделирование восприятия на компьютерах первого поколения такой сложной задачей. Мозг, пользующийся предсказаниями, делает все почти наоборот. Наше восприятие на самом деле начинается изнутри — с априорного убеждения, которое представляет собой модель мира, где объекты занимают определенное положение в пространстве. Пользуясь этой моделью, наш мозг может предсказать, какие сигналы должны поступать в наши глаза и уши. Эти предсказания сравниваются с реальными сигналами, и при этом, разумеется, обнаруживаются ошибки. Но наш мозг их только приветствует. Эти ошибки учат его восприятию. Наличие таких ошибок говорит ему, что его модель окружающего мира недостаточно хороша. Характер ошибок говорит ему, как сделать модель, которая будет лучше прежней. В итоге цикл повторяется вновь и вновь, до тех пор, пока ошибки не станут пренебрежимо малы. Для этого обычно достаточно всего нескольких таких циклов, на которые мозгу может потребоваться лишь 100 миллисекунд.
Система, которая строит подобным образом модели окружающего мира, стремится использовать всю доступную информацию для совершенствования своих моделей. Ни зрению, ни слуху, ни осязанию не оказывается предпочтений, так как все они могут быть информативны. Кроме того, эта система стремится делать предсказания о том, как сигналы, поступающие от всех органов чувств, изменятся в результате нашего взаимодействия с окружающим миром. Поэтому, когда мы видим бокал вина, наш мозг уже делает предсказания о том, какие ощущения возникнут, когда мы возьмем его в руку, и какой вкус будет у этого вина. Представьте себе, как дико и неприятно было бы взять бокал сухого красного вина и обнаружить, что оно холодное и сладкое.
Откуда берутся априорные знания?
Но если восприятие — это циклический процесс, начинающийся с априорных знаний, то откуда берутся эти априорные знания? Не возникла ли у нас задача о курице и яйце? Мы не можем ничего воспринимать без знаний, но не можем и ничего узнать без восприятия.
Откуда наш мозг берет априорные знания, необходимые для восприятия? Частично это врожденные знания, записанные у нас в мозгу за миллионы лет эволюции. Например, у многих видов обезьян цветовая чувствительность нейронов сетчатки идеально подходит для высматривания плодов, которые встречаются в их среде обитания. Эволюция встроила в их мозг априорную гипотезу о цвете спелого плода. В нашем мозгу система зрительного восприятия формируется в течение первых нескольких месяцев жизни под действием зрительных ощущений.
Некоторые сведения об окружающем мире меняются очень слабо и, в связи с этим, становятся сильными априорными гипотезами. Мы можем видеть тот или иной объект только тогда, когда его поверхность отражает свет, который попадает нам в глаза. От света возникают тени, которые позволяют нам судить о форме объекта. В течение многих миллионов лет на нашей планете был только один основной источник света — Солнце. А солнечный свет всегда падает сверху. Это значит, что вогнутые объекты будут темнее сверху и светлее снизу, в то время как выпуклые объекты будут светлее сверху и темнее снизу. Это простое правило жестко прописано в нашем мозгу. С его помощью мозг решает, выпуклый или вогнутый тот или иной объект. В этом можно убедиться, посмотрев на рис. 5.7. Показанные на нем половинки костяшек домино на первый взгляд трактуются однозначно: на верхней пять выпуклых пятнышек и одно вогнутое, а на нижней два выпуклых и четыре вогнутых. По крайней мере, так нам кажется — на самом деле страница совершенно плоская. Мы трактуем эти пятнышки как выпуклые и вогнутые потому, что их затенение напоминает тени, возникающие от падающего сверху света. Поэтому, если вы перевернете книгу вверх ногами, выпуклые пятнышки станут вогнутыми, а вогнутые выпуклыми, ведь мы исходим из того, что свет падает сверху. Если же вы повернете книгу боком, пятнышки перестанут выглядеть вогнутыми и выпуклыми и покажутся отверстиями, через которые мы смотрим на сложную затененную поверхность.
Иллюзия с костяшками домино.
Вверху — половинка костяшки домино с пятью вогнутыми пятнышками и одним выпуклым. Внизу — половинка с двумя вогнутыми и четырьмя выпуклыми пятнышками. На самом деле вы смотрите на плоский лист бумаги. Пятнышки выглядят вогнутыми или выпуклыми из-за характера их затенения. Мы ожидаем, что свет падает сверху, поэтому у выпуклого пятнышка должен быть затенен нижний край, а у вогнутого — верхний. Если вы перевернете книгу, вогнутые пятнышки станут выпуклыми, а выпуклые — вогнутыми.
Когда априорные знания нашего мозга неверны, наше восприятие оказывается обманчивым. Современные технологии позволяют создавать множество новых изображений, правильно интерпретировать которые наш мозг не способен. Такие изображения мы неизбежно воспринимаем неправильно.
К объектам, которые мы почти не в состоянии воспринимать правильно, относится вогнутая внутренняя поверхность маски, повторяющая форму лица. Когда мы смотрим на маску изнутри (фото внизу справа на рис. 5.8), мы невольно видим в ней подобие нормального выпуклого лица. Априорное убеждение, что лица выпуклы, а не вогнуты, оказывается слишком сильным, чтобы наш мозг мог его поменять. Если маска при этом медленно вращается, создается еще одна иллюзия. Так как вогнутая поверхность маски выглядит выпуклой, кончик носа кажется ближайшей к нам точкой этой поверхности, хотя на самом деле это самая далекая от нас точка. В результате мы неправильно интерпретируем движение маски, и, когда она поворачивается к нам внутренней стороной, нам кажется, что она вращается в противоположную сторону18.
Иллюзия выпуклой маски.
Фотографии вращающейся маски Чарли Чаплина (последовательность справа налево и сверху вниз). Лицо внизу справа вогнутое, потому что мы смотрим на маску изнутри, но мы невольно воспринимаем его как выпуклое, с выступающим носом. В данном случае наше знание того, что лица выпуклы, берет верх над тем, что мы знаем о свете и тени.
Как наши действия рассказывают нам о мире
Для мозга между восприятием и действиями существует тесная связь. Наше тело служит нам, чтобы познавать окружающий мир. Мы взаимодействуем с окружающим миром посредством своего тела и смотрим, что из этого выйдет. Этой способности тоже не хватало ранним компьютерам. Они просто смотрели на мир. Они ничего не делали. У них не было тел. Они не делали предсказаний. Восприятие давалось им с таким трудом в том числе и по этой причине.
Даже самые простые движения помогают нам отделять один воспринимаемый объект от другого. Когда я смотрю на свой сад, я вижу забор, за которым стоит дерево. Откуда я знаю, какие коричневые пятна относятся к забору, а какие к дереву? Если согласно моей модели мира забор стоит перед деревом, то я могу предсказать, что ощущения, связанные с забором и с деревом, будут меняться по-разному, когда я двигаю головой. Так как забор расположен ближе ко мне, чем дерево, фрагменты забора движутся у меня перед глазами быстрее, чем фрагменты дерева. Мой мозг может объединить все эти фрагменты дерева благодаря их согласованному движению. Но движусь при этом я, воспринимающий, а не дерево и не забор.
Мы можем понять, где что находится, посредством движения.
Когда мы движемся мимо двух деревьев, елка, расположенная ближе, сдвигается в нашем поле зрения быстрее, чем лиственное дерево, расположенное дальше. Это явление называют параллаксом движения. Оно помогает нам понять, что елка расположена ближе к нам, чем лиственное дерево.
Простые движения помогают нашему восприятию. Но движения, совершаемые с некоторой целью, которые я буду называть действиями, помогают восприятию еще больше. Если передо мной стоит бокал с вином, я осознаю, какой он формы и какого цвета. Но я не осознаю, что мой мозг уже рассчитал, какое положение должна занять моя рука, чтобы взять этот бокал за ножку, и предчувствует, какие ощущения возникнут при этом в моих пальцах. Эти приготовления и предчувствия происходят даже в том случае, если я не собираюсь брать в руку этот бокал. Часть мозга отображает окружающий мир в свете наших действий, например действий, нужных, чтобы выйти из комнаты или чтобы взять со стола бутылку. Наш мозг непрерывно и машинально предсказывает, какими движениями будет лучше всего осуществить то или иное действие, которое нам может понадобиться совершить. Всякий раз, когда мы совершаем какое-либо действие, эти предсказания проверяются, и наша модель мира совершенствуется, исходя из ошибок в таких предсказаниях.
Опыт обращения с бокалом вина улучшает мое представление о его форме. В будущем мне будет проще понять, какой он формы, посредством такого несовершенного и неоднозначного чувства, как зрение.
Наш мозг познаёт окружающий мир, создавая модели этого мира. Это не какие-то произвольные модели. Они постоянно совершенствуются, чтобы выдавать нам как можно лучшие предсказания наших ощущений, возникающих при взаимодействии с окружающим миром. Но мы не осознаём работы этого сложного механизма. Так что же мы вообще осознаём?
Мы воспринимаем не мир, а его модель, создаваемую мозгом
То, что мы воспринимаем, это не те необработанные и неоднозначные сигналы, поступающие из окружающего мира к нашим глазам, ушам и пальцам. Наше восприятие намного богаче — оно совмещает все эти необработанные сигналы с сокровищами нашего опыта19. Наше восприятие — это предсказание того, что должно быть в окружающем нас мире. И это предсказание постоянно проверяется действиями.
Но любая система, когда дает сбои, совершает определенные характерные ошибки. По счастью, эти ошибки весьма информативны. Они не только важны для самой системы тем, что она учится на них, они также важны для нас, когда мы наблюдаем за этой системой, чтобы разобраться, как она работает. Они дают нам представление о том, как устроена эта система. Какие ошибки будет совершать система, работающая путем предсказаний? У нее будут возникать проблемы во всякой ситуации, допускающей неоднозначную трактовку, например когда два разных объекта окружающего мира вызывают одно и то же ощущение20. Такие проблемы обычно решаемы за счет того, что одна из возможных трактовок намного вероятнее другой. Весьма маловероятно, что в этой комнате сейчас находится носорог. Но в результате система оказывается обманута, когда маловероятная трактовка на деле и есть правильная. Многие зрительные иллюзии, которые так любят психологи, работают именно потому, что обманывают наш мозг подобным образом.
Очень странная форма комнаты Эймса спланирована так, чтобы вызывать у нас те же зрительные ощущения, что и обычная прямоугольная комната (см. рис. 2.8). Обе модели, комнаты странной формы и обычной прямоугольной комнаты, позволяют одинаково хорошо предсказать то, что видят наши глаза.
Но на опыте мы имели дело с прямоугольными комнатами настолько чаще, что поневоле видим и комнату Эймса прямоугольной, и нам кажется, что люди, которые движутся по ней из угла в угол, немыслимым образом увеличиваются и уменьшаются. Априорная вероятность (ожидание) того, что мы смотрим на комнату такой странной формы, столь невелика, что наш байесовский мозг не берет в расчет необычные сведения о возможности такой комнаты.
Двусмысленные изображения.
Но что происходит, когда у нас нет априорных оснований предпочесть одну трактовку другой? Так бывает, например, с кубом Неккера. Мы могли бы увидеть его как довольно сложную плоскую фигуру, но на опыте мы намного чаще имели дело с кубами. Поэтому мы видим куб. Проблема в том, что это могут быть два разных куба. У одного передняя сторона расположена вверху справа, а у другого — внизу слева. У нас нет никаких оснований предпочесть одну трактовку другой, поэтому наше восприятие самопроизвольно переключается с одного возможного куба на другой и обратно.
Еще более сложные изображения, такие как фигура Рубина и портрет жены или тещи, демонстрируют спонтанные переключения с одного воспринимаемого образа на другой, также связанные с тем, что обе трактовки в равной степени правдоподобны. Тот факт, что наш мозг реагирует подобным образом на двусмысленные изображения, лишний раз свидетельствует о том, что наш мозг представляет собой байесовское устройство, познающее окружающий мир путем предсказаний и поиска причин наших ощущений.
Цвета существуют только у нас в голове
Вы могли бы возразить, что все эти двусмысленные изображения изобретены психологами. Мы не встречаем таких объектов в реальном мире. Это верно. Но реальному миру тоже свойственна неоднозначность. Рассмотрим проблему цвета. Мы узнаём цвет объектов исключительно по отражаемому ими свету. Цвет определяется длиной волны этого света. Длинные волны воспринимаются как красный цвет, короткие — как фиолетовый, а волны промежуточной длины — как остальные цвета. У нас в глазах есть специальные рецепторы, чувствительные к свету с разной длиной волны. Стало быть, сигналы, идущие от этих рецепторов, говорят нам, какого цвета помидор? Но здесь возникает проблема. Ведь это не цвет самого помидора. Это характеристика света, отражаемого помидором. Если осветить помидор белым светом, он отражает красный свет. Поэтому он и выглядит для нас красным. Но что если осветить помидор синим цветом? Теперь он может отражать только синий цвет. Будет ли он теперь выглядеть синим? Нет. Мы по-прежнему воспринимаем его как красный. Судя по цветам всех видимых объектов, наш мозг решает, что они освещены синим цветом, и предсказывает “истинный” цвет, которым должен обладать каждый из этих объектов. Наше восприятие определяется этим предсказанным цветом, а не длиной волны света, попадающего в наши глаза. Учитывая, что мы видим этот предсказанный, а не “истинный” цвет, можно создать эффектные иллюзии, в которых элементы рисунка, от которых поступает цвет с одинаковой длиной волны, кажутся окрашенными по-разному21.
Восприятие — это фантазия, совпадающая с реальностью
Наш мозг строит модели окружающего мира и постоянно видоизменяет эти модели на основании сигналов, достигающих наших органов чувств. Поэтому на самом деле мы воспринимаем не сам мир, а именно его модели, создаваемые нашим мозгом.
Эти модели и мир — не одно и то же, но для нас это, по существу, одно и то же. Можно сказать, что наши ощущения — это фантазии, совпадающие с реальностью. Более того, в отсутствие сигналов от органов чувств наш мозг находит, чем заполнить возникающие пробелы в поступающей информации. В сетчатке наших глаз есть слепое пятно, где нет фоторецепторов. Оно находится там, где все нервные волокна, передающие сигналы от сетчатки в мозг, собираются вместе, образуя зрительный нерв. Для фоторецепторов там нет места. Мы не осознаём, что у нас есть это слепое пятно, потому что наш мозг всегда находит, чем заполнить эту часть поля зрения. Наш мозг использует сигналы, поступающие от непосредственно окружающего слепое пятно участка сетчатки, чтобы восполнить этот недостаток информации.
Поместите свой палец прямо перед глазами и внимательно посмотрите на него. Затем закройте левый глаз и медленно перемещайте палец вправо, но при этом продолжайте внимательно смотреть прямо перед собой. В какой-то момент кончик вашего пальца исчезнет, а затем снова появится, пройдя слепое пятно. Но когда на кончик пальца придется слепое пятно, ваш мозг заполнит этот пробел узором на обоях, на фоне которого виден кончик пальца, а не самим кончиком пальца.
Но даже то, что мы видим в центре нашего поля зрения, определяется тем, что наш мозг ожидает увидеть в сочетании с реальными сигналами, поступающими от органов чувств. Иногда эти ожидания оказываются столь сильными, что мы видим то, что ожидаем увидеть, а не то, что есть на самом деле. В этом позволяет убедиться эффектный лабораторный опыт, в котором испытуемым демонстрируют визуальные раздражители, например буквы алфавита, так быстро, что зрение едва различает их. Испытуемый, который ожидает, что непременно увидит букву A, иногда остается в убеждении, что видел ее, даже если на самом деле ему демонстрировали букву B.
Мы не рабы своих чувств
Может показаться, что склонность к галлюцинациям — слишком дорогая цена за способность нашего мозга строить модели окружающего мира. Неужели нельзя было настроить систему так, чтобы сигналы, поступающие от органов чувств, всегда играли главную роль в наших ощущениях? Тогда галлюцинации были бы невозможны. Но на самом деле это плохая идея, по ряду причин. Сигналы, идущие от органов чувств, просто недостаточно надежны. Но еще важнее, что их главенство сделало бы нас рабами своих чувств. Наше внимание, как бабочка, порхающая с цветка на цветок, постоянно отвлекалось бы на что-то новое. Иногда люди становятся такими рабами своих чувств из-за повреждений мозга. Есть люди, которые поневоле отвлекаются на все, на что падает их взгляд. Человек надевает очки. Но тут он видит другие очки, и надевает и их тоже22. Если он видит бокал с вином, он должен его выпить. Если он видит карандаш, должен им что-то написать. Такие люди не способны реализовать какой-либо план или следовать каким-либо указаниям. Выясняется, что у них обычно сильно повреждены лобные доли коры. Их странное поведение впервые описал Франсуа Лермитт.
Пациент […] пришел ко мне домой. […] Мы вернулись в спальню. Покрывало с кровати было снято, и верхняя простыня отогнута, как обычно. Когда пациент увидел это, он немедленно начал раздеваться [в том числе снял парик]. Он забрался в кровать, укрылся простыней до подбородка и приготовился отойти ко сну.
Пользуясь контролируемыми фантазиями, наш мозг спасается от тирании окружающего. В вавилонском столпотворении университетской вечеринки я могу уловить спорящий со мной голос профессора английского языка и слушать, что она говорит.
Я могу найти ее лицо среди моря других лиц. Томографические исследования мозга показывают, что, когда мы решаем обратить внимание на чье-то лицо, у нас в мозгу увеличивается нервная активность в области, связанной с восприятием лиц, причем еще до того, как лицо окажется у нас в поле зрения. Активность этой области увеличивается даже тогда, когда мы всего лишь представляем себе чье-нибудь лицо (см. рис. 5.8). Вот как сильна способность нашего мозга создавать контролируемые фантазии. Мы можем предвосхитить появление лица в поле зрения. Мы можем даже представить себе лицо, когда на самом деле никакого лица перед нами нет.
Откуда мы знаем, что реально, а что нет?
С нашими фантазиями об окружающем мире связаны две проблемы. Во-первых, откуда мы знаем, что создаваемая нашим мозгом модель мира верна? Но это еще не самая серьезная проблема. Для нашего взаимодействия с окружающим миром неважно, верна ли построенная нашим мозгом модель. Важно только одно — работает ли она. Позволяет ли она действовать адекватно и прожить еще один день? В целом да, позволяет. Как мы убедимся из следующей главы, вопросы о “верности” моделей нашего мозга возникают только тогда, когда он общается с мозгом другого человека, и оказывается, что его модель окружающего мира отличается от нашей.
Другая проблема открылась нам в ходе тех томографических исследований восприятия лиц. Связанная с восприятием лиц область мозга активируется, когда мы видим или представляем себе какое-либо лицо. Так как же наш мозг узнаёт, когда мы действительно видим лицо, а когда лишь воображаем его?
В обоих случаях мозг создает образ лица. Как нам узнать, стоит ли за этой моделью реальное лицо? Эта проблема относится не только к лицам, но и к чему угодно другому.
Но эта проблема решается очень просто. Когда мы только представляем себе лицо, в наш мозг не поступают сигналы от органов чувств, с которыми он мог бы сравнивать свои предсказания. Никаких ошибок тоже не отслеживается. Когда же мы видим реальное лицо, модель, создаваемая нашим мозгом, всегда оказывается немного неидеальной. Мозг постоянно совершенствует эту модель, чтобы уловить все мимолетные изменения в выражении этого лица и все игры света и тени. К счастью, действительность всегда полна неожиданностей.
Воображение — очень скучная штука
Мы уже видели, как зрительные иллюзии помогают нам разобраться в том, как мозг моделирует действительность. Вышеупомянутый куб Неккера — широко известная зрительная иллюзия. Мы можем видеть на этом рисунке куб, передняя сторона которого направлена влево и вниз. Но тут наше восприятие внезапно меняется, и мы видим куб, передняя сторона которого направлена вправо и вверх. Объясняется это очень просто. Наш мозг видит на этом рисунке скорее куб, чем плоскую фигуру, которая там есть на самом деле. Но как изображение куба этот рисунок неоднозначен. Он допускает две возможных трехмерных трактовки. Наш мозг спонтанно переключается с одной трактовки на другую в неустанных попытках найти вариант, который лучше соответствует сигналам, поступающим от органов чувств.
Но что произойдет, если я найду неопытного человека, который никогда раньше не видел куб Неккера и не знает, что он кажется направленным то в одну сторону, то в другую? Я покажу ему рисунок ненадолго, чтобы он успел увидеть только один вариант куба. Затем я попрошу его представить себе эту фигуру. Произойдет ли переключение образов, когда он будет смотреть на эту фигуру в своем воображении? Оказывается, что в воображении куб Неккера никогда не меняет своей формы.
Наше воображение совершенно некреативно. Оно не делает предсказаний и не исправляет ошибок. Мы ничего не творим у себя в голове. Мы творим, облекая наши мысли в форму набросков, штрихов и черновиков, позволяющих нам извлечь пользу из неожиданностей, которыми полна действительность.
Именно благодаря этим неиссякаемым неожиданностям взаимодействие с окружающим миром и приносит нам столько радости.
В этом посте показано, как наш мозг познаёт окружающий мир, строя модели и делая предсказания. Он строит эти модели путем совмещения информации, поступающей от органов чувств, с нашими априорными ожиданиями. Для этого совершенно необходимы и ощущения, и ожидания. Мы не осознаём всей работы, которую проделывает наш мозг. Мы осознаём лишь модели, которые получаются в результате этой работы. Поэтому нам и кажется, что мы воспринимаем окружающий мир напрямую, не прилагая особых усилий.
Крис Фрит
Neils Bohr Visiting Professor, University of Aarhus in Denmark
Комментариев нет:
Отправить комментарий