 |
Плюсы и минусы симметричного мозга
|
|
|
|
Плюсы и минусы симметричного мозга
Представим, что мы являемся совершенными «машинами Корбаллиса» – идеально симметричными организмами. Наше левое полушарие – точное зеркальное отражение правого, включая нейроны, связи и прочие особенности. Как бы мы себя вели? Смогли бы мы по‑ прежнему перемещаться в пространстве, отличать левую сторону от правой или называть зрительные объекты? Ошибки какого типа мы бы совершали? Были бы они похожи на зеркальные ошибки маленьких детей?
Здесь мы должны отказаться от одного ошибочного представления. Даже если наш организм был бы абсолютно симметричным, вплоть до самых глубоких тайников его нервной системы, то он не обязательно путал бы лево и право во всех ситуациях без исключения. На самом деле такой организм смог бы выполнять пространственно ориентированные действия в ответ на асимметричную стимуляцию. Вообразите, например, что он видит тигра, приближающегося справа. Допустим, он заранее запрограммирован на то, чтобы при появлении хищника справа бежать влево. Симметрия его тела подразумевает, что при появлении тигра слева он должен предпринять симметричное действие (бежать вправо). Следовательно, любой наблюдатель неизбежно придет к заключению, что этот совершенно симметричный организм превосходно отличает левую сторону от правой.
Наш гипотетический симметричный организм одинаково откликается на два зеркальных отражения только в том случае, когда реакция носит условный и непространственный характер. Если он научится произносить слово «тигр» при виде правой стороны тигра, то симметрия его тела заставит его дать аналогичный ответ и при появлении левой стороны животного. Другими словами, он может распознать и даже назвать тигра независимо от его ориентации в пространстве. Эта полезная особенность проявляется сразу же, как только организм видит хищника под новым углом.
|
|
|
Обладание симметричным мозгом и поддержание этой особенности в процессе научения имеет два преимущества:
• Симметрия тела позволяет организму определять зрительные объекты инвариантно, независимо от их левосторонней или правосторонней ориентации в пространстве.
• Это не мешает совершению надлежащих движений и жестов, ориентированных в пространстве.
Существует, однако, два вида операций, которые симметричному организму не под силу. Первый из них – это произвольная реакция на асимметричный объект, но не на его зеркальное отражение. В повседневной жизни без таких операций трудно обойтись. Например, мы произносим как [би] букву «b», но не «d», и говорим «левая» при виде левой руки, но не правой. Идеально симметричный организм не смог бы выполнить эти задачи, какими бы простыми они ни казались.
Вторая операция, недоступная зеркальному мозгу, состоит в выполнении асимметричных жестов в ответ на команду, не содержащую пространственной информации. Предположим, вас просят поднять только правую руку по сигналу «правая». Идеально симметричный организм не сможет этого сделать: связи, соединяющие слуховые области с моторными командами, вызовут движение не только правой, но и левой руки. Следовательно, такой организм будет выполнять жесты сразу двумя конечностями или, при наличии некоторого шума, беспорядочно поднимать то одну, то другую.
Удивительно, но теоретические ограничения симметричного организма в точности совпадают с экспериментальными наблюдениями за животными и маленькими детьми. Ни один ребенок не испытывает трудностей с называнием знакомого предмета, даже если смотрит на него под новым углом. Бросая мяч, ни один малыш не станет поднимать левую руку, если держит мяч в правой. С другой стороны, все дети не только с трудом различают буквы «b» и «d», но и регулярно путают левую и правую руки.
|
|
|
Таким образом, хотя концепция симметричного мозга, активно поддерживающего свою пропорциональность в процессе научения, представляется несколько надуманной, она заслуживает самого пристального внимания, поскольку отражает некоторые когнитивные ограничения, присущие человеку в совладании с левым и правым. Если так, нам нужны конкретные доказательства того, что межполушарный перенос действительно навязывает лево‑ правую инверсию, постулируемую Корбаллисом и Билом. На самом деле все вышеизложенное не настолько оторвано от биологии, как может показаться на первый взгляд. Результаты нескольких экспериментов свидетельствуют о тесной связи восприятия симметрии с самой симметрией мозга.
Симметрия одного нейрона
Нейрофизиологи только начинают изучать нейрональный базис восприятия симметрии, но имеющиеся данные уже указывают на зеркальную симметрию как на один из основных инвариантов, извлекаемых нейронами нижней височной коры. Именно там расположена «буквенная касса» мозга. Как я уже отмечал ранее, нейроны нижней височной коры, независимо от изменения угла обзора, склонны отдавать предпочтение определенным зрительным объектам. Нейрон, который предпочитает, скажем, лицо Дженнифер Энистон, сохраняет свой выбор безотносительно к его размеру и положению на сетчатке. Недавно нейрофизиологи сообщили, что некоторым из этих клеток свойственна инвариантность к зеркальной симметрии[447]: профиль их отклика остается идентичным даже при лево‑ правой инверсии изображения.
Важно отметить, что эти нейроны часто демонстрируют большую инвариантность относительно горизонтальной инверсии, нежели вертикальной. Например, нейрон, который интенсивно реагирует на букву «р», точно так же будет отвечать на ее зеркальное отражение по оси «лево – право» («q»), но не на буквы, симметричные по вертикальной оси. Другими словами, этот нейрон отличает «р» от «b», но не «р» от «q».
В совокупности нейроны нижней височной коры реализуют перцептивную инвариантность: они позволяют распознавать объект независимо от его размера и положения в пространстве. Электрофизиологические данные подразумевают, что противопоставление «лево – право» входит в число несущественных различий, которые наша вентральная зрительная система систематически игнорирует.
|
|
|
Если теория Корбаллиса и Била верна, специально учиться зеркальной инвариантности не нужно. Она принадлежит к структурным инвариантам, изначально присущим организации наших межполушарных связей. Исследования нейрофизиолога Никоса Логотетиса[448] убедительно подтверждают эту гипотезу. Логотетис обучил макак распознавать необычные трехмерные фигуры, похожие на скрученные скрепки для бумаг (рис. 7. 4). Он хотел узнать, смогут ли обезьяны определить их позже, когда увидят предметы с другой стороны. Во время обучения Логотетис тщательно следил за тем, чтобы животные видели каждый объект только под одним углом – ощущение глубины создавало лишь минимальное вращение вокруг вертикальной оси. Но было ли этого достаточно для инвариантного распознавания? Чтобы ответить на этот вопрос, Логотетис показывал макакам различные ракурсы объекта одновременно с другими отвлекающими фигурами.
Оказалось, что обезьяна не могла распознать предмет, когда он был представлен с отклонением от усвоенной ориентации на 40 градусов и более. Однако, если его поворачивали на 180 градусов, показатели распознавания резко возрастали. Аналогично вели себя и нейроны нижней височной коры: большинство клеток энергично срабатывали при предъявлении объекта в усвоенной ориентации, переставали реагировать, когда его поворачивали на 40 или 50 градусов, и вновь активировались при достижении угла 180 градусов. Почему именно 180 градусов? Если повернуть проволочный объект на 180 градусов, он будет выглядеть почти так же, как зеркальное отражение исходного объекта. Скрутите скрепку в букву «b», поверните ее на 180 градусов и получите «d».
Рис. 7. 4. Усвоив определенную форму, зрительная система приматов обобщает результаты научения на ее зеркальное отражение. В этом эксперименте обезьяну научили распознавать проволочный объект, представленный под определенным углом. Затем ей показали тот же объект, но под разными ракурсами (верхний график). Животное распознавало его при предъявлении под усвоенным углом, а также при повороте на 180 градусов, что соответствовало зеркальному отражению исходного вида. После обучения нейроны реагировали как на первоначальную форму, так и на ее зеркальное отражение (нижний график) (по материалам статьи Logothetis, Pauls, & Poggio, 1995). Используется с разрешения Oxford University Press.
|
|
|
Вкратце, нейроны в нижней височной коре могут распознавать зеркальное отражение усвоенной фигуры, даже когда видят его впервые. Никакого дополнительного обучения для этого не требуется. Изучение нейронов, преимущественно реагирующих на лица, подтверждает этот вывод. Многие клетки одинаково активно срабатывают на два зеркально‑ симметричных вида одного лица, например на левый и правый профили[449]. Удивительно, но такая инвариантность присутствует даже у новорожденных детенышей обезьян[450]. Что касается человека, то младенцы могут распознавать зеркальное отражение знакомого предмета уже в 4 месяца[451]. Похоже, все мы с рождения обладаем поразительной чувствительностью к подобной симметрии.
Исследования Логотетиса подчеркивают любопытный контраст между вращением и симметрией. Инвариантность относительно вращения, по всей видимости, не входит в число исходных возможностей нашей зрительной системы. Иными словами, чтобы распознавать объект под любым углом, мы должны знать, как он выглядит при повороте. Очевидно, на этой стадии наша зрительная система не обладает глубокими знаниями трехмерных форм и опирается на двумерные представления, которые видела ранее. Симметрия этому правилу не подчиняется.
Нейровизуализационные эксперименты с участием макак и людей показали удивительную чувствительность к симметрии, свойственную зрительной коре на ранней стадии. Представьте совокупность хаотично расставленных точек. При добавлении всего нескольких симметрично расположенных точек активность латеральных областей затылочно‑ височной коры резко возрастает. Способность обнаруживать симметрию напрямую связана с повышенной активностью нейронов[452]. Хотя эволюция не готовила нас к такой задаче, эти точки резонируют в наших зрительных цепях, мгновенно срабатывающих при любом намеке на симметрию.
|
|
|
