Метод удовлетворения ограничений, при котором тысячи процессоров делают предварительные предположения и сравнивают свои догадки друг с другом до тех пор, пока не будет найдено единое решение, соответствует общему понятию о том, что работа мозга основана на параллельных вычислениях взаимосвязанных процессоров. Он отражает в некоторой степени и психологический аспект. Когда мы смотрим на сложную случайно-точечную стереограмму, мы зачастую видим спрятанную в ней фигуру не сразу. Сначала из покрытого точками фона может показаться краешек фигуры, потом с нее словно постепенно снимается пелена, проясняется и выпрямляется размытая граница на противоположной стороне, и так до тех пор, пока не станет видно единое изображение. Мы ощущаем, как постепенно появляется решение, но не ощущаем сложной работы процессоров, которые пытаются его найти. Подобные случаи напоминают о том, что за каждым моментом, когда мы видим и думаем, скрываются десятки циклов обработки информации, проходящие на неосознаваемом уровне.
Модель Марра – Поджо позволяет передать общую суть того, какие вычислительные процессы в мозге стоят за стереозрением. Тем не менее реальные схемы вычисления значительно сложнее. Эксперименты показывают, что когда люди оказываются в искусственных условиях, где нарушены исходные посылки об уникальности и ровной поверхности, они видят не так плохо, как можно было ожидать, исходя из данной модели. По-видимому, мозг использует дополнительные виды информации для решения проблемы поиска соответствий. Во-первых, мир не состоит из случайных точек. Мозг способен найти соответствия для диагонали, пересечения линий, зигзага, кляксы или любой другой закорючки на сетчатках двух глаз (а таких элементов имеется множество даже на случайно-точечной стереограмме). Для закорючек гораздо реже находятся неправильные соответствия, чем для точек, поэтому количество соответствий, которые необходимо исключить, резко сокращается.
Другая хитрость поиска соответствий заключается в использовании еще одного следствия обладания двумя глазами – геометрической закономерности, замеченной еще Леонардо: есть части объекта, которые видит один глаз, но не видит другой. Поднимите перед собой вертикально ручку так, чтобы ее зажим был повернут от вас на одиннадцать часов. Закрывая по очереди то левый, то правый глаз, вы заметите, что зажим видит только левый глаз; от правого глаза он скрыт остальной частью ручки. Можно ли сказать, что естественный отбор, конструируя наш мозг, проявил такую же проницательность, как и Леонардо, намеренно дав ему этот ценный источник информации о границах объекта? Или наш мозг игнорирует эту подсказку, считая любое подобное несоответствие исключением из правила о том, что материя образует единое целое? Психологи Кен Накаяма и Синсукэ Симодзэ доказали, что для естественного отбора эта подсказка была существенна. Они создали случайно-точечную стереограмму, в которой информация о глубине изображения была заложена не в смещенных точках, а в точках, видимых только одному глазу и не видимых другому. Эти точки располагались по углам воображаемого квадрата, причем точки в верхнем и нижнем правых углах были видны правому глазу, а точки в верхнем и нижнем левых углах – левому. Глядя на эту стереограмму, люди видели парящий над фоном квадрат, определяемый этими четырьмя точками, что свидетельствует о том, что мозг действительно интерпретирует элементы, видимые только одному глазу, как элементы контура фигуры в пространстве. Накаяма и психолог Бартон Андерсон высказывают предположение, что есть специальные нейроны, чья цель – обнаруживать подобные явления; они реагируют на пару точек на сетчатке первого глаза, одна из которых может быть соотнесена с точкой на сетчатке второго глаза, а другая – не может. Эти детекторы трехмерного изображения помогают стереозрению сфокусироваться на границах «всплывающих» над фоном участков изображения[252].
Стереозрение не дано нам природой в нагрузку к глазам; для него необходимы особые зоны мозга. Мы знаем это потому, что около двух процентов людей отлично видят каждым глазом по отдельности, но не обладают циклопическим зрением; случайно-точечные стереограммы для них так и остаются двухмерными картинками. Еще четыре процента видят стереоизображение, но не очень хорошо. Еще более значительное меньшинство видит стереоизображение, но гораздо более избирательно. Одни не видят объем дальше точки фиксации взгляда; другие не видят объем ближе точки фиксации. Уитман Ричардс, открывший эти формы стереослепоты, выдвинул гипотезу о том, что в мозге есть три группы нейронов, каждая из которых распознает один из типов расхождений в положении точки на сетчатках двух глаз. Одна группа отвечает за пары точек, которые совпадают точно или почти точно, то есть за подробное восприятие глубины в точке фокусировки. Вторая группа отвечает за точки, смещенные к переносице и соответствующие дальним объектам.
Третья – за пары точек, смещенные к вискам и соответствующие ближним объектам. Нейроны, обладающие всеми этими свойствами, уже были обнаружены в мозге обезьян и кошек. Разные типы стереослепоты, по-видимому, детерминированы генетически, что означает, что каждый из перечисленных типов нейронов обусловлен определенным сочетанием генов.
Стереозрение появляется не с рождения и у детей или у молодняка животных может быть утрачено навсегда, если один из глаз временно не получал информацию из-за катаракты или пятна в поле зрения[253]. Пока все это звучит как скучная лекция о том, что стереозрение, как и все остальное, является сочетанием врожденности и среды. Тем не менее гораздо более удачным способом представить ситуацию будет, если мы скажем, что мозг требует сборки, а сборка требует плана выполнения проекта, которое занимает длительный период времени. Графику работ все равно, когда организм появится на свет; порядок сборки может продолжаться и после рождения. Этот процесс также требует, чтобы в критические моменты мозг был готов к поступлению информации, не предусмотренной генами.
Стереоскопическое зрение появляется у детей внезапно. Когда новорожденных приносят в лабораторию через равные промежутки времени, их в течение нескольких недель вообще не впечатляют стереограммы, и вдруг в какой-то момент они начинают смотреть на них, как завороженные. Чуть раньше или чуть позже этой эпохальной недели – примерно в возрасте трех-четырех месяцев – ребенку впервые удается как следует скосить глаза в одну точку (например, он начинает следить за игрушкой, которую подносят к его носу), и бинокулярное соперничество (то, что левый и правый глаз получают разное изображение), которое ранее его забавляло, начинает раздражать.
Я не имею в виду, что дети «учатся видеть стереоизображение», что бы это ни означало. Психолог Ричард Хелд предлагает более простое объяснение. Когда младенец рождается, каждый нейрон в принимающем слое зрительной коры мозга складывает сигналы, поступающие от соответствующих точек на сетчатках, а не хранит их по отдельности. Мозг не может сказать, от какого глаза был получен данный элемент изображения, и просто накладывает вид, полученный от одного глаза, поверх другого, получая двухмерное наложение. Без информации о том, от какого глаза получена та или иная закорючка, ни стереозрение, ни конвергенция, ни соперничество невозможны с логической точки зрения. Примерно к тому времени, как ребенку исполняется три месяца, каждый нейрон выбирает для себя «любимый» глаз, на сигнал которого он реагирует. Нейроны, расположенные одним уровнем ниже, теперь могут знать, когда тот или иной элемент изображения попадает на одну точку сетчатки одного глаза и на аналогичную точку (или слегка смещенную) сетчатки другого глаза – а именно это и нужно для стереозрения[254].
У кошек и обезьян, чей мозг ученые изучали непосредственно, именно так и происходит. Как только кора головного мозга животного приобретает способность отличить один глаз от другого, животное начинает видеть стереограммы в объеме. Это предполагает, что к тому моменту, когда входные данные впервые оказываются снабжены пометами «левый глаз» или «правый глаз», механизмы для стереовычисления предыдущего уровня уже должны быть установлены и запущены. У обезьян этот процесс занимает два месяца; к тому времени каждый нейрон выбирает «любимый» глаз, и детеныши начинают видеть объемное изображение. По сравнению с другими приматами, людей можно назвать «незрелорождающимися»: наши дети рождаются рано, при рождении они совершенно беспомощны и свое развитие заканчивают уже вне материнской утробы. Поскольку наши дети появляются на свет раньше обезьян по отношению к продолжительности детского возраста, формирование зон бинокулярного зрения происходит у них в более позднем возрасте, считая от момента рождения. Если говорить более обобщенно, когда биологи сравнивают основные этапы созревания зрительной системы у разных животных (одни рождаются раньше и беспомощными, другие – позже и хорошо видящими), они обнаруживают, что порядок ее формирования примерно одинаков, независимо от того, где проходят последние этапы созревания: в утробе матери или вне ее.
Формирование важнейших нейронов, привязанных к левому или к правому глазу, может быть нарушено в результате внешнего воздействия. Когда нейробиологи Дэвид Хьюбел и Торстен Визел провели эксперимент, прикрыв на некоторое время один глаз у котят и детенышей обезьяны, все нейроны входного слоя коры мозга настроились на другой глаз, тем самым сделав животное функционально слепым на тот глаз, который был прикрыт. Если глаз прикрывали в критический для развития животного период, то нарушение становилось необратимым – даже если зрительная депривация была непродолжительной. У обезьян зрительная система особенно уязвима в первые две недели жизни, а затем в течение первого года жизни она постепенно становится менее чувствительной. Если закрыть глаз взрослой обезьяне (даже на четыре года), это не повлечет за собой отрицательных изменений.