Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге
- Автор: Линден Дэвид
- Год: 2022
- Язык: русский
- Год: Синдбад
- ISBN: 978-5-00131-420-2
- Переводчик: Юрий Яковлевич Гольдберг
- Жанр: Биология
Электронная книга - «Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге». Краткое содержание книги:
Авторы описывают самые удивительные особенности мозга, честно объясняя, что известно, а что пока неизвестно ученым о работе нервной системы. Книга увлечет всех, кто интересуется наукой о мозге.
И наконец, для нас важно распознавать объекты не только быстро, но и при любом освещении. Нам это удается потому, что нейронные цепи в сетчатке глаза научились быстро адаптироваться к интенсивности локального освещения и поддерживать реакцию на визуальные образы независимо от яркости[139]. Благодаря этому наша зрительная система более или менее хорошо работает в диапазоне яркостей света, различающихся в 10 миллиардов раз. Для сравнения: восьмибитное изображение формата jpeg передает только 256 уровней яркости. Лучшие профессиональные цифровые камеры 2017 года выпуска имеют динамический диапазон около 14 ступеней экспозиции, то есть 214 — 16 384 уровня интенсивности света. Это значит, что наша зрительная система с легкостью оперирует уровнями яркости, которые в миллион раз превышают порог насыщения, или в миллион раз темнее, чем самая темная тень, улавливаемая лучшими цифровыми камерами. И это хорошо. Такое зрение помогало нашим предкам замечать льва или охотиться на антилопу как на ярком солнце, так и в сгущающихся сумерках. А нам оно позволяет независимо от освещения видеть приближающийся автомобиль и отходить на обочину. Правда, такая адаптация к освещению не позволяет нам количественно оценивать яркость, помимо простого ощущения «здесь светло» или «здесь темно». Но это и не имеет особого значения, поскольку для выживания нам важнее знать размер, форму и тип объекта, а не общий уровень освещенности.
Это точное соответствие зрения статистике видимой картины, необходимое для выделения важных признаков, наблюдается не только внутри глаза. Мы видим его и на последующих стадиях обработки зрительной информации в мозге. Нейронные цепи мозга гораздо сложнее нейронных цепей глаза, и поэтому эволюционные принципы в нем сложнее выделить и математически проверить. Кроме того, эволюцию трудно повернуть вспять или изменить, и мы не можем «доказать», что тот или иной этап обработки зрительной информации сформировался таким образом, чтобы отражать естественную картину. Но связь с нашими потребностями очевидна, и ее нельзя не учитывать. Мы бы не выжили в этом сложном мире, если бы наши глаза были настроены реагировать на движущихся жуков или пикирующих птиц; а если бы лягушка обладала универсальной зрительной системой, как у человека, то лишняя секунда, затраченная на распознавание пикирующей птицы, стоила бы ей жизни. Напрашивается вывод, что зрение эволюционировало таким образом, чтобы мы могли выжить в том мире, в котором родились. Не только глаз, но и все клетки, участвующие в зрительном процессе, знают, что для нас хорошо.
У вас есть суперспособность — она называется «зрение»
Чарльз Коннор
ЕСЛИ ВАМ ПОВЕЗЛО ИМЕТЬ ХОРОШЕЕ ЗРЕНИЕ, вы обладаете суперспособностью. С одного взгляда вы понимаете, где находитесь, что вас окружает, что уже произошло и что должно произойти. Вы с легкостью воспринимаете трехмерную структуру объектов вокруг вас на самых разных расстояниях, от нескольких миллиметров до нескольких миль. Вы знаете, как они называются, старые они или новые, свежие или гнилые, крепкие или слабые. Вы догадываетесь, из какого материала они сделаны и какие у них механические и энергетические свойства, что позволяет вам с удивительной точностью предсказывать события в материальном мире и влиять на них. Вы понимаете намерения других людей, а также животных, основываясь на едва заметных изменениях в позе или выражении лица. Видимая картина скажет вам больше, чем тысяча слов.
Кажется, что вся эта информация хранится во внешнем мире и что ее можно быстро и легко получить. Понимание того, что перед вами, представляется простой задачей — достаточно лишь посмотреть! Для нас это настолько легко, что мы даже не воспринимаем зрение как какую-то особую способность. Более того: мы живем в мире, где большинство людей наделены той же суперспособностью. Зрение для нас естественно. Другие люди видят то же самое, что и вы, — в этом нет ничего особенного.
Но я хочу рассказать, насколько сверхъестественно ваше зрение. Представьте, что вы попали в мир разумных гуманоидов, не обладающих зрением; назовем их глорбонами. Эти существа обладают такими же, как у нас, органами чувств, теми же способностями к движению и сопоставимым интеллектом. Они ориентируются в окружающей среде и взаимодействуют с ней при помощи органов осязания, слуха, вкуса и обоняния. В таком мире вас сочтут настоящим волшебником. Ваше умение быстро и точно описывать любые объекты в домах и городах глорбонов, независимо от расстояния до них, покажется им сверхъестественным — ведь сами глорбоны узнают об этих объектах посредством трудоемкого процесса изучения при непосредственном контакте. Вы обладаете пророческим даром предсказывать события в окружающем мире, например приближающуюся бурю. Ваша способность узнавать людей издалека, делать верные предположения об их здоровье, настроении, возрасте и намерениях граничит с колдовством. Вы настоящий герой: вы можете предотвращать готовящиеся преступления и отражать внезапные нападения, а по меткости при использовании дальнобойных орудий вам нет равных. Для глорбонов ваши знания и умения необъяснимы — они ставят вас в один ряд с богами.
139
Адаптация к интенсивности освещения и к контрасту — очень важный аспект зрения. Мы все сталкиваемся с медленной адаптацией к резким изменениям в освещении, например, когда после яркого солнечного света попадаем в темную комнату и не сразу начинаем различать окружающие предметы. Но в целом адаптация происходит непрерывно и гораздо быстрее — всего за пару сотен миллисекунд. Наши глаза постоянно совершают быстрые движения, или саккады, в результате чего разные участки изображения попадают на центральную ямку сетчатки, где пространственное разрешение максимально. Это происходит несколько раз в секунду. Обычно естественное освещение имеет около тысячи градаций интенсивности, от яркого солнечного света до глубокой тени. Поэтому в процессе саккад каждый локальный участок сетчатки — в том числе центральная ямка — испытывает такие же сильные колебания. Нейронная цепь сетчатки адаптируется за те 200–400 миллисекунд, в течение которых глаз задерживается в одном положении. Фоторецепторы адаптируются к относительно большим изменениям в локальной интенсивности света. Остальные элементы цепи — в том числе промежуточные биполярные клетки, связывающие фоторецепторы с ганглиозными клетками, и латеральные клетки обратной связи, в том числе горизонтальные и амакриновые клетки, — адаптируются к более слабым изменениям интенсивности света. Эта адаптация позволяет сетчатке кодировать вариации локальной интенсивности света и контраста с кратностью от 1 до 10 000 в гораздо более узкий диапазон для передачи информации по зрительному нерву — не более ста различных уровней при среднем числе импульсов около двухсот в секунду. Такая адаптация происходит непрерывно. Кроме того, существуют более медленные формы адаптации, занимающие от нескольких секунд до нескольких минут. Это позволяет нейронным цепям переключаться с яркого солнечного света (106 кд/м2) на полутьму рассвета или заката (около 10 кд/м2) почти без ущерба для нашей способности различать формы и цвета. F. Rieke and M. E. Rudd, «The Challenges Natural Images Pose for Visual Adaptation», Neuron 64 (2009): 605–616; J. B. Demb, «Functional Circuitry of Visual Adaptation in the Retina», Journal of Physiology 586 (2008): 4377–4384.