Чтение онлайн

Треугольник Канижи и сфера Идесавы

Еще более мощная иллюзия – сфера Идесавы. Она словно вырывается из плоскости страницы, создавая впечатление, что мы смотрим на объемный шипастый шар. Избавиться от иллюзии полностью способа нет.

Распространенное объяснение этим иллюзиям дает гештальт-психология, сложившаяся в начале XX столетия. В переводе с немецкого Gestalt означает «форма» или «очертания». Представители этого направления полагали, что человеческое восприятие – это преимущественно нисходящий процесс наложения формы на образ в целом. Эта концепция спорила со своей предшественницей – назовем ее восходящей, – представлявшей восприятие прямым процессом сборки низкоуровневых зрительных элементов, таких как линии, формы, цвета, в совокупность, существующую только перед мысленным взором.

Спотыкается гештальт-концепция на том, что для достраивания скудных входных данных зрительной иллюзии до треугольников и сфер об этих геометрических фигурах нужно знать. Иначе говоря, мы не увидим того, о чем не знаем. На этом же месте буксует и соперничающая с гештальт-концепцией восходящая теория. Как мозг выстраивает репрезентацию объекта – треугольника, сферы, яблока, – если вы пока не знаете, что это? Мир воспринимается нами не как набор примитивных зрительных составляющих, а как сцены, заполненные людьми и предметами.

В XIX в. немецкий физик и физиолог Герман фон Гельмгольц установил, что восприятие в основе своей проблема статистическая. Сосредоточив свои исследования на зрении, он осознал, что объект, на который мы смотрим, определяется не только информацией, поступающей от глаз. Мозгу приходится решать обратную задачу: если на сетчатку попадает вот такой поток фотонов, каков его наиболее вероятный источник?

Допустим, вы видите человека, стоящего в конце коридора. Он выглядит довольно высоким. Вы можете сделать из этого два совершенно разных вывода. Первый: человек действительно высокого роста. Второй: рост у него средний, просто он стоит близко к вам. Как выбрать правильный вариант? В реальном мире у вас, как правило, будет множество других зрительных сигналов, позволяющих оценить расстояние до человека. Но в конце концов вам все равно придется сделать обоснованное предположение, исходя из сравнительной вероятности встретить высокого человека и человека среднего роста.

Математическое правило, описывающее, как это происходит, открыл в XVIII в. английский статистик Томас Байес. Согласно этому правилу, получая новую информацию о событии – например, увидев человека в коридоре, – мы должны на основе этой информации скорректировать свои прежние ожидания. Наглядным примером этого процесса может послужить карточная игра блэкджек. В начале игры с только что перетасованной колодой вероятность набрать 21 очко на двух картах составляет 1 к 20. Но, предположим, первым вам выпал туз. Теперь в колоде остается 16 карт стоимостью по 10 очков, а значит, вероятность вытащить одну из них составляет 16 из 51 оставшейся, то есть примерно 1 к 3. Это и есть байесовское правило: на основании новой информации (появления у вас туза) вы корректируете вероятность определенного исхода.

В начале 2000-х гг. нейробиологи, вплотную занявшись вероятностными теориями восприятия, принялись искать доказательства, что именно так мозг и конструирует воспринимаемое. С тех пор массив доказательств только растет, и концепция байесовского мозга стала самой популярной из теорий восприятия. Ее основная идея заключается в том, что мозг постоянно угадывает апостериорную вероятность – в нашем примере это вероятность, что исходя из определенной совокупности образов, воздействующих на вашу сетчатку, перед вами высокий человек (вероятность называется апостериорной, поскольку возникает после получения новой информации, в противовес изначальной, априорной, вероятности).

Процесс кажется сложным, но на самом деле именно к таким типам математических операций отлично приспособлены нейроны. Байесовский вывод не требует осознанного знания о конкретных вероятностях. Эти вероятности могут кодироваться предшествующим опытом и существовать значительно глубже уровня осознанной осведомленности. Зрительные априорные вероятности – это стимулы, которые, как мы уже говорили, устойчиво связаны с физическими реалиями окружающего мира. К распространенным априорным вероятностям относится, например, тот факт, что свет поступает сверху, и этим знанием мы руководствуемся, определяя, является искривленная поверхность вогнутой или выпуклой. Еще одна распространенная априорная вероятность состоит в том, что движение тени вызвано движением отбрасывающего ее объекта, а не источника света. Имеются даже полученные в ходе исследований свидетельства, что наша зрительная система настроена именно на те пространственные частоты, которые присутствуют в естественных, природных сценах{22}. Это значит, что, столкнувшись с потенциально неоднозначной зрительной информацией, наш мозг, вероятнее всего, истолкует ее в максимальном соответствии с происходящим в природе.

Затененные фигуры воспринимаются как вогнутая (слева) и выпуклая (справа). В действительности фигуры идентичны, но развернуты относительно друг друга на 180°. Возникновению иллюзии способствует априорное предположение мозга, что свет всегда падает сверху

Классическим примером работы зрительных априорных вероятностей может служить иллюзия кратера. В левой из двух представленных выше фигур большинство людей видит кратер (впадину), тогда как правая представляется выпуклой, словно холм, окруженный рвом. Если перевернуть изображение, кратер и холм поменяются местами. Лучшее объяснение механизма этой иллюзии состоит в том, что для нашего мозга свет априори падает сверху.

А теперь смотрите, что получится, если повернуть фигуры на 90°. Воспринимаемое – результат восприятия – будет менее стабильным. Обе фигуры могут казаться как вогнутыми, так и выпуклыми, в зависимости от того, где вы сосредоточите взгляд, но восприятие будет мерцать, представляя их то такими, то другими. Все зависит от того, с какой стороны в представлении мозга падает свет.

Эти иллюзии выявляют две важные особенности байесовского восприятия. Во-первых, его подчиняет себе сильная априорная вероятность (такая, например, как «свет всегда падает сверху»). Слабая априорная вероятность («свет может поступать как слева, так и справа») влияет на результат восприятия сравнительно меньше. Во-вторых, даже когда воспринимаемое мерцает, в каждый отдельный момент мы все равно воспринимаем лишь один вариант. Либо выпуклое, либо вогнутое. Промежуточного не дано. Это значит, что мозг способен одновременно удерживать несколько интерпретаций входных сенсорных сигналов, но в осознанное восприятие поступает только одна. В теории вероятности это называется «победитель получает всё», то есть в итоге мы видим наиболее вероятный результат восприятия, даже если эта его вероятность лишь на крупицу превышает остальные.

Эти зрительные иллюзии известны уже не первое десятилетие, и байесовское объяснение устоялось в изучении восприятия как дежурная доморощенная теория. Но только в последние годы нейронаука обратилась к идее байесовского мозга всерьез. Все упиралось в вопрос: откуда известно, что мозг действительно пользуется байесовской статистикой при формировании результатов восприятия? Ответить на этот вопрос нелегко, поскольку мы не знаем наверняка, как мозг кодирует предшествующее – априорное – знание. Однако, даже если не касаться репрезентации знаний как таковой, выяснить, как мозг кодирует неопределенность, – это уже шаг к ответу. Исследователи в ходе различных экспериментов предъявляли животным простые зрительные образы, варьируя их предсказуемость и фиксируя активность нейронов зрительной коры. Воздействие на такие составляющие, как контрастность (чем она выше, тем четче изображение) или шум (чем выше шум, тем ниже четкость), вызывали заметные изменения в активности зрительных нейронов. Чем больше расплывалось изображение, тем вариативнее делался отклик нейронов{23}. Судя по всему, различные трактовки поступающей информации прокручиваются уже на уровне нейронов. Чем менее определенны входящие данные, тем больше вероятных вариантов приходится просчитывать.

Если повернуть фигуры на 90°, они воспринимаются то как выпуклые, то как вогнутые

В одном из замечаний в адрес байесовской модели выражается сомнение, что в мозге возможно хранить все вероятности. Идеальный байесовский мозг должен не только держать в памяти все, что происходило с его владельцем, но и увязывать вероятности с событиями. Для этого ему придется отслеживать, сколько раз произошло то или иное событие в сравнении со всеми прочими произошедшими или предполагаемыми событиями. Однако когнитивисты из Уорикского университета Адам Сэнборн и Ник Чейтер установили, что для получения результатов восприятия на основании зрительных стимулов мозгу вовсе не требуется являть собой идеальный байесовский компьютер. Достаточно будет и аппроксимации{24}. Сэнборн и Чейтер предполагают, что мозг выступает «байесовским пробоотборником», то есть для каждого перцептивного суждения мозгу необходимо рассмотреть вероятность лишь нескольких вариантов. Это гораздо эффективнее, чем просчитывать всю необъятную вселенную возможностей. В иллюзии с кратером мозг рассматривает только две вероятности – выпуклое или вогнутое. Конечно, помимо этих интерпретаций, есть множество других – в частности, то, чем это изображение является на самом деле, а именно оттенками серого на плоскости. То, что мозг не выдает это подлинное толкование сразу, говорит о силе предшествующего опыта.

Нельзя сказать наверняка, сколько возможностей приходится рассматривать мозгу в каждый отдельный момент. Судя по нейронным данным, чем менее однозначна входная информация, тем больше вероятных вариантов мозг вынужден просчитывать при ее толковании. Именно поэтому два свидетеля одной и той же цепочки событий или двое прочитавших один и тот же материал могут прийти к совершенно разным выводам. Каждый будет рассматривать разные вероятные интерпретации сенсорных стимулов, и эти толкования будут зависеть от их собственного прошлого опыта и оценки вероятности того или иного варианта.