Требовалось ли мозгу каждый раз заново перестраиваться под соответствие каждому из этих разнообразных периферических устройств? Думаю, что нет. На протяжении эволюции случайные мутации приводили к образованию самых необычных органов чувств, и принимающий от них информационные потоки мозг всякий раз сам додумывался, каким образом использовать их. А когда главные принципы действия мозга раз и навсегда установились, природе остается только одна забота — изобретать новые периферийные сенсоры.
Такая точка зрения подсказывает нам интересный вывод: сенсорные устройства, с которыми мы приходим в мир (глаза, носы, уши, языки, кончики пальцев), далеко не исчерпывают всего спектра сенсоров, какими теоретически мы могли бы обладать. Наш конкретный инструментарий просто унаследован нами в результате долгого и прихотливого эволюционного пути.
Однако вполне возможно, что мы совсем не обречены пользоваться только тем набором органов чувств, каким снабдила нас природа. В конце концов, способность мозга извлекать смысл и пользу из поступающих к нему данных самого разного рода намекает нам на предположение довольно неожиданное и где-то даже сумасбродное: какой-либо сенсорный канал мог бы передавать мозгу информацию, которая в норме поступает через другой сенсорный канал. Например: а что, если преобразовать поток данных от видеокамеры в тактильные ощущения на коже? Сумеет ли мозг, хорошенько подумав, выстроить зрительную картину окружающего мира, просто осязая ее?
Добро пожаловать в мир, что всякой выдумки странней[20], — мир сенсорного замещения.
Сама по себе мысль, что мозгу можно поставлять информацию по неправильным каналам, вероятно, выглядит слишком умозрительной и даже дикой (рис. 4.7). Между тем первая научная статья, где продемонстрировано практическое воплощение этой идеи, уже полвека как опубликована в журнале Nature.
Рис. 4.7. Сенсорное замещение: отправляйте мозгу информацию непривычными для него проводящими путями
Javier Fadul, Kara Gray, and Culture Pilot
Эта история берет начало еще в 1958 году, когда практикующий врач Пол Бах-и-Рита[21] получил трагическую весть, что его отца, 65-летнего преподавателя, поразил обширный инсульт. И что отныне он, наполовину парализованный и почти утративший речь, будет прикован к инвалидному креслу. Это был практически приговор, но Пол и его младший брат Джордж, изучавший медицину в Национальном автономном университете Мексики, не пожелали смириться и принялись искать способы помочь отцу. Общими силами они разработали и применили новую уникальную индивидуализированную программу реабилитации.
Как отзывался о ней Пол: «Мы действовали жестоко, но нами двигала любовь. Джордж обычно бросал что-нибудь на пол и просил отца: “Пап, иди подбери”»10. Также они занимали его мелкими домашними делами, например давали подметать крыльцо, — под осуждающими взглядами соседей. Тем не менее мучительные старания отца выполнять эту элементарную работу более чем оправдывали себя. Пол так выразил мнение отца по поводу такой трудотерапии: «Этот никчемный малый хоть на что-то да сгодился».
Жертвы инсульта обычно восстанавливаются лишь частично — а нередко вообще не восстанавливаются, — и потому братья Бах-и-Рита не хотели обольщаться ложными надеждами. Они-то хорошо знали, что если инсульт убил мозговую ткань, то она потеряна безвозвратно.
Между тем отец восстанавливался неожиданно хорошо. Настолько хорошо, что не только вернул себе способность ходить и говорить, но даже возобновил преподавательскую деятельность и прожил дольше, чем можно было рассчитывать (а умер он от сердечного приступа во время очередного похода в горы, на высоте 2700 м над уровнем моря).
Пола глубоко впечатлили масштабы восстановления двигательных функций отца, а накопленный им опыт постинсультной реабилитации ознаменовал крутой поворот в жизни его самого. Он осознал, что мозг способен переучиваться. И даже когда навсегда утрачивает некоторые области, их функции способны брать на себя другие, неповрежденные. Пол оставил профессорскую должность в Научно-исследовательском офтальмологическом институте Смит-Кеттлуэлл в Сан-Франциско и поступил в резидентуру (последипломная больничная подготовка врачей в США) по реабилитационной медицине в Медицинском центре Санта-Клара-Вэлли. Пол намеревался исследовать состояние перенесших инсульт, таких же, как его отец. Мало того, он хотел выяснить, как заставить мозг действовать иначе, чем тот привык.
К концу 1960-х годов Пол Бах-и-Рита уже вовсю работал над собственной схемой реабилитации, хотя большинство коллег считали ее нелепой. В своей лаборатории Пол усаживал незрячего добровольца в переоборудованное стоматологическое кресло, в спинку которого на уровне поясницы была вмонтирована плата из 400 тефлоновых стерженьков конфигурации 20 × 20. Стерженьки могли выдвигаться и втягиваться под действием механических катушек индуктивности (соленоидов). Поверх головы испытуемого устанавливалась видеокамера на треноге. Поступающий от камеры видеопоток преобразовывался в покалывания стерженьков по коже на спине добровольца.
Перед камерой перемещали какой-либо предмет, а участник эксперимента должен был внимательно прислушиваться к тактильным ощущениям у себя на спине (рис. 4.8). С течением дней он натренировался лучше различать предметы, руководствуясь ощущениями, которые они вызывали. Это чем-то походило на игру, когда один человек пальцем рисует на спине другого буквы, а тот по форме отгадывает их. Такой чувственный опыт не стал в точности идентичным зрению, но это было только начало.
Рис. 4.8. Входящая видеоинформация трансформируется в прикосновения к спине
Javier Fadul, Kara Gray, and Culture Pilot
Обнаруженный Бах-и-Ритой феномен поразил ученых в его области: оказалось, что незрячие индивиды способны обучиться различать горизонтальные, вертикальные и диагональные линии. А те, кто продвинулся в тренировках дальше, могли научиться различать объекты простой формы и даже лица, причем только на основании покалываний на коже спины. Свои результаты Бах-и-Рита опубликовал в журнале Nature и дал статье необычное название «Замещение зрения тактильными проекциями» (Vision Substitution by Tactile Image Projection). Так было положено начало новой эре — эре сенсорного замещения11. Бах-и-Рита сформулировал свои выводы просто: «Мозг способен использовать поступающую от кожи информацию, как если бы она поступала от глаз».
Затем Бах-и-Рита с сотрудниками решительно улучшили методику простым изменением: если раньше видеокамера размещалась на подголовье кресла, то теперь незрячему пользователю разрешили самостоятельно направлять ее объектив и выбирать, на что смотреть «глазу»12. Почему? Потому что сенсорные сигналы лучше всего усваиваются, когда человек активно взаимодействует с окружающей средой. Предоставив пользователям возможность самим управлять камерой, Бах-и-Рита со товарищи позволили замкнуться петле между мускульным актом и входящей сенсорной информацией13.
Восприятие можно рассматривать не как пассивный, а, наоборот, как активный способ исследования окружающей обстановки, связывающий определенное действие с конкретным изменением в картине, которая в итоге возвращается в мозг. Ему неважно, как устанавливается эта петля — действием ли глазодвигательных мышц или мышц руки, держащей камеру. Как бы это ни происходило, задача мозга — увязать двигательную реакцию с входящими сигналами.
Вследствие этого пользователи методики приобретали субъективный опыт, осознавая, что зрительные образы на самом деле располагаются «где-то снаружи», во внешней среде, а не на коже спины14. Иными словами, данное ощущение было похоже на зрение. Даже притом что вид вашего друга, замеченного вами в кофейне, воздействует непосредственно на ваши фоторецепторы, вы не воспринимаете это так, будто сигнал располагается у вас в глазах. А понимаете, что друг где-то снаружи и с расстояния машет вам рукой. Точно так же «зрительные» образы воспринимались пользователями зубоврачебного кресла в новом варианте.
Устройство Бах-и-Риты первым попало в поле зрения публики, но на самом деле это была не первая попытка сенсорного замещения. Еще в 1890-х годах польский офтальмолог Казимир Ноишевский разработал для слепых прибор Elektroftalm — электрофтальм, или электрический глаз (от греч. «электричество» + «глаз»). На лоб незрячему человеку помещали фотоэлемент (рис. 4.9), и чем больше света на него попадало, тем громче звучал сигнал в ухе. Исходя из громкости звука, незрячий мог различать в окружающем пространстве освещенные и темные участки.
Рис. 4.9. Электрофтальм преобразовывал запечатленный камерой образ в вибрации на коже головы (1969)
К сожалению, прибор Ноишевского был громоздок, тяжел и имел разрешение всего в один пиксель, из-за чего не получил практического применения. Но к 1960 году польские коллеги подхватили эстафету Ноишевского и продвинули его изобретение на шаг вперед15. Понимая, насколько важен для незрячих слух, они решили транслировать информацию не через ухо, а через прикосновения. Была разработана система вибрирующих моторчиков, устанавливаемых на шлем, который «рисовал» зрительные образы на коже головы. Незрячие участники испытаний могли передвигаться по специально подготовленным помещениям, где дверные проемы и выступающие углы и ребра предметов обстановки для большей контрастности были обведены краской. Это срабатывало. Но, увы, прибор, как и его предшественники, был тяжелым и раскалялся во время работы, однако сам принцип он доказал.
Спрашивается, почему эти диковинные подходы оказались эффективными? Да просто потому, что поступающие в мозг данные — фотоны через глаза, колебания сжатого воздуха через уши или давление стерженьков на поверхность спины — преобразуются в знакомые, привычные мозгу электрические импульсы. Во всех случаях, когда они несут информацию о каких-то важных особенностях окружающей обстановки, мозг обязательно выучивается интерпретировать их. Обширным нейронным лесам в мозге неважно, какими маршрутами прибывают в них импульсы. Бах-и-Рита довольно образно описал это в интервью, данном в 2003 году общественному телеканалу PBS: