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.
Важно, что никакие из этих процессов не нужно вытаскивать на сознательный уровень. Мозг, как и любой другой орган, потребляет энергию, которую пытается в ходе работы сэкономить всеми доступными способами. Это значит, что возможные толкования сенсорного стимула он будет стремиться выводить по накатанной испытанными, надежными, не требующими лишних энергетических затрат путями. Кратер выглядит кратером, потому что у нас есть опыт восприятия объектов аналогичной формы. Вспомните леденцы, блистерные упаковки, кнопки в лифте и на одежде. Только художник-график мог бы увидеть при первом взгляде на это изображение не кратер, а затененный круг. Ни один из рассматриваемых вариантов не выносится на уровень сознания, пока версия-победитель не «получит всё» и не завладеет разумом. Согласно байесовской теории, на уровень сознания прорывается только наиболее вероятная версия и в каждый отдельный момент там может царить только одна интерпретация.
Хотя на зрительных иллюзиях демонстрировать податливость нашего восприятия проще всего, зрение не единственная сенсорная модальность, в которой действует байесовский вывод. Осязательных иллюзий тоже хватает. А некоторые ученые утверждают, что именно осязание лежит в основе личностной идентичности, поскольку намечает границу между телом и внешним миром.
Профессор Университета Макгилла в Монреале Винсент Хейворд изучает осязательные иллюзии уже не один год, попутно каталогизируя их по типам{25}. Какие-то можно продемонстрировать только с помощью специального оборудования, но есть и те, для которых достаточно обычных предметов домашнего обихода. Самая, пожалуй, простая, хотя и наименее гарантированная – иллюзия Аристотеля. Закройте глаза и одновременно коснитесь кончика носа указательным и средним пальцем. Теперь скрестите эти пальцы и коснитесь кончика носа снова. У многих людей во втором случае возникает ощущение, будто они касаются двух разных поверхностей.