Когда нельзя сказать «А», говорим «Б»

Описание

Здание Лаборатории стоит чуть на отлете. От автобусной остановки нужно пройти через весь поселок, а потом вдоль множества зданий других лабораторий Института физиологии. То и дело слышится собачий лай. Справа от дороги, в вольерах, бегают беспородные псы. По своим умственным способностям дворняжки дают сто очков вперед обладателям выставочных медалей, и здесь, где изучают мозг, их «дворянское» царство.

Перед опытом собак не кормят. В опыте нужно работать, добиваться права на аппетитный кусочек мяса. А вольерный режим дня уже воспитал привычки. Если в строго определенный час не появится миска с едой, муки голода становятся непереносимыми, ожиданье переполняет все собачье существо.

Вбежавший в манеж пес видит несколько дверок с белыми картонками на каждой. Одна помечена, на ней крест, треугольник или еще какая-нибудь несложная фигура. Или просто прямая линия. А за дверцей — пища. Маленький кусочек мяса, съешь его — еще больше разгорается аппетит. При следующем появлении пса в манеже картинка висит уже на другой дверце, — значит, снова нужно ее найти. Очень скоро собака безошибочно реагирует на рисунок, со всех ног мчится туда, где можно поесть, толкает носом дверцу и обретает заработанное.

Тогда и начинается эксперимент. Горизонтальная линия, означающая «Мясо тут!», соседствует теперь не с чистыми картонками, а с такими, на которых есть линии, по-разному наклоненные к горизонту, вплоть до вертикали: просим выбирать. Но животное не выбирает, не тратит времени на раздумья. Оно все так же уверенно бежит к «своей» дверце. Как бы ни тасовалась «колода карт из линий», в каком бы соседстве «мясная» линия ни появлялась, секунды пробежки одни и те же. Иными словами, нет «путешествия по дереву». Есть врожденное эталонное опознавание, за которое и собака и мы с вами должны благодарить природу. Человек ведь тоже опознает линию того или иного наклона не «по дереву», а сразу, за минимально возможное и всегда постоянное время. Это — заслуга полей нейронов коры головного мозга.

Следующая ступень — пес учится опознавать без ошибок несложную фигуру. Здесь уже нет эталона: собаке приходится выбирать рисунок среди других. Вначале все идет, как и должно быть, «по дереву». Зрительный аппарат перебирает признаки, и чем больше изображений, тем больше (в соответствии с известной нам логарифмической зависимостью) требуется времени для выбора. Впрочем... Спустя какое-то число опытов экспериментатор замечает, что выработался эталон и на фигуру. Да, на фигуру, хотя никаких полей в зрительной системе для нее не предусмотрено. Как это узнают? Очень просто: заменяют все картинки, кроме затвержденной, новыми, и время пробежки не изменяется (если бы эталона не было, время должно было бы возрасти). Этот факт, установленный сотрудниками Лаборатории, делает понятными многие странные прежде явления. Тренинг-эталон, возникающий во время учебы (сознательной или бессознательной, неважно), — одно из ценнейших приобретений зрительного аппарата высших позвоночных на их долгом пути эволюции. Принять решение при таком способе опознания можно за очень короткое время, почти рефлекторно. Значит, те, кто обладал таким умением, успешнее избегали когтей хищников, легче отыскивали добычу. Тренинг-эталон подтверждает мнение, высказанное академиком Колмогоровым, что более короткая программа обеспечивает получение более ценной информации: мозг удивительно быстро перестраивается, чтобы важные сведения извлекать из картинки за минимальное время.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

Вырабатывается тренинг-эталон и у человека. Посмотрите, как легко ориентируется в дорожных знаках старый водитель, и сколько мук причиняют они новичку. Для одного — автоматизм, почти рефлекс, для другого — кроссворд. Однако пройдет полгода, год, и, глядишь, оба сравнялись. У новичка сформировался эталон. Вообще профессионал опознает эталонно сотни таких вещей, которые для профана сливаются в нечто бесформенное, требующее действий на логическом уровне, вплоть до обращения к измерительным инструментам. Человек, не привыкший иметь дело с болтами, безусловно, перепутает М5 и М6: разница их диаметров всего двадцать процентов. А слесарь-сборщик возьмет нужную деталь чуть ли не на ощупь, пусть даже в ящике навалено с десяток разных типов крепежа...

Для чего у собаки вырабатывали эталон на фигуру?

— Мы хотели выяснить, различаются ли механизмы эталонного опознания фигур и эталонного опознания линий, — ответила мне Нина Владимировна Праздникова. — Ведь не исключено, что и линии собака воспринимает только после тренировки, которую мы просто не улавливаем. Где находится область мозга, заведующая эталоном линий разного наклона, мы примерно знали. Сделали операцию, удалили этот кусочек коры. Собака выздоровела, пришла в манеж, и мы сначала ничего не поняли. Казалось, никакой операции не производили! Эта наша Паля, удивительная умница, она безошибочно выбирала знакомую горизонталь, в компании каких бы других линий та ни находилась. И если бы мы не учитывали времени, затраченного на опознание, то так и остались бы в убеждении, что операция проделана зря. Секундомер же засвидетельствовал: опознание из эталонного превратилось в «путешествие по дереву». Эталон на линии был во время операции разрушен и никогда уже больше не возникал. Следовательно, он является действительно врожденным и настолько хорошо работающим, что никаких «заменителей» того же сорта (то есть для эталонного опознания) природа не предусмотрела.

А тренинг-эталон на фигуры, выработанный до операции, сохранился. Когда же следующей операцией разрушили в теменной области коры механизм, благодаря которому этот эталон срабатывал, собака выбирала и знакомые линии, и знакомые фигуры уже только «по дереву признаков».

— Выходит, есть три различных механизма опознания? — спросил я. — Врожденный эталон, тренинг-эталон и «дерево»?

— Да, и они различны не только по схеме действия, но и по местоположению в коре. Они подстраховывают друг друга, когда один какой-то выходит из строя.

— Что же возникло раньше на лестнице эволюции?

— Во всяком случае не тренинг-эталон. Последовательный перебор всех возможных вариантов и компактный выбор по врожденному эталону, безусловно, старше. У рыб, например, а они древнее млекопитающих, нет коры головного мозга, и они не умеют ни вырабатывать тренинг-эталон, ни пользоваться «деревом признаков». У них только и есть что последовательный перебор и врожденные эталоны — поля ганглиозных клеток сетчатки. Анна Яковлевна Карас в МГУ выяснила, что рыбы великолепно различают горизонтальные и вертикальные линии, для которых имеются рецептивные поля сетчатки. А линии, поставленные под углом сорок пять и сто тридцать пять градусов, поля которых очень слабо выражены, рыба почти совсем не видит... Месячные щенки, мы выяснили, тоже пользуются перебором как главным механизмом опознания. В двухмесячном же возрасте, пожалуйста, появился эталон на линии. Почему? Потому что у собак, как и у кошек, на линии настроены не поля ганглиозных клеток сетчатки, а поля клеток коры. У щенка, которому от роду месяц, кора еще не сформировалась, оттого нет и эталонного опознания.

— Какое же практическое значение имеет это открытие? Я имею в виду резервирование механизмов опознания.

— Приходится, например, более тщательно продумывать методику опытов. Когда изучают выработку и угасание условных рефлексов, главный прибор — секундомер. Он показывает, как быстро собака учится, после скольких тренировочных демонстраций фигуры уверенно бежит к ней. До сих пор задания, которые ставили перед животными, делили на простые и сложные. Скажем, опознать треугольник — простая работа, а неправильный многоугольник — сложная. Теперь мы видим: как только вырабатывается тренинг-эталон, самая сложная задача перестает ею быть, превращается в предельно простую...

Я слушал и думал: а не связан ли тренинг-эталон каким-то путем с обобщенным образом? Не удастся ли выработать такой эталон, предъявляя весьма сложные изображения, не выражаемые в словах, эквивалентные, скажем, фотографии пейзажа? Нина Владимировна ничуть не удивилась, когда услышала об этих предположениях: «Почему же нет? Не на всякие, конечно, но на некоторые изображения эталон может быть сформирован. Такие опыты уже ставили». И она рассказала об экспериментах с опознанием так называемых статистик.

Это такие фигуры, вроде очень многоклеточной шахматной доски. Разбросаны по ней черные и белые клетки не регулярно, а вразнобой. Хаос, впрочем, не случаен. Он подчиняется строгим математическим, статистическим закономерностям. В зависимости от того, какую формулу мы подбросим ЭВМ, синтезирующей статистики, в нашем распоряжении окажется «шахматная доска» с определенной, так сказать, «фамилией» — порядком изображения.

А в зависимости от соотношения черных и белых клеток статистика (любая, безотносительно к своему порядку) приобретает еще «имя» — класс. Например, класс «75X25» означает, что семьдесят пять процентов квадратиков белые, а двадцать пять — черные. Если мы оперируем со статистиками первого или второго порядка, то легко отличим класс «75X25» от «85X15» или от «65X35». Будет разница меньшей не на десять процентов в ту или другую сторону, а, окажем, на семь — мы начнем путаться.

Порог десяти процентов — «магическое число» и для рыб, и для собак, и для людей. Это означает прежде всего, что кора головного мозга в опознании статистик не участвует: у рыб коры нет. Да что рыбы! Задачу различения статистик решают даже пчелы! Должно быть, это очень древняя задача, если существа, столь далеко эволюционно отстоящие друг от друга, справляются с ней одинаково хорошо.

Интересно, что хотя статистики сочиняются вычислительными машинами, ЭВМ учится различать «шахматные доски» куда медленнее человека, да и вообще высокоорганизованного животного. Собаке достаточно предъявить статистику всего один раз, чтобы навсегда исключить путаницу: пес будет безошибочно выбирать ее среди других пестрых изображений. А вычислительной машине понадобится как минимум двадцать показов, чтобы достичь такого же мастерства. Вот насколько живое выше ЭВМ! Где же прячутся в мозговых структурах центры, ответственные за распознавание «статистических изображений»? Оказывается, в НКТ — наружном коленчатом теле. Это открыли сотрудники Лаборатории. А московский ученый О. В. Левашов, работающий в Институте проблем управления АН СССР, поставил опыты на электронных моделях и полностью подтвердил роль рецептивных полей клеток НКТ в опознании статистик.









Какая же житейская проблема вызвала такую острую нужду в различении «шахматных досок»? Скорее всего эта проблема — фон. Наши далекие предки должны были уметь отличать гальку от песка, траву от кустарника даже на большом расстоянии, когда отдельные элементы изображения не выделяются и глазу предстает лишь чередование светлых и темных пятен — статистика первого или второго порядка. Почему я так уверенно говорю, что только этих двух? Потому что статистики более высоких порядков человеку и животному почти на одно лицо. Различия так невнятны, что никакого тонкого распознавания классов — «имен» не получается, даже сами статистики разных «фамилий» путаются. Вместе с тем эксперименты показывают, что мозг в состоянии учитывать статистический характер изображений и, видимо, сам построен по каким-то подобным закономерностям.





Уменье животных различать статистики приводит к мысли: а нет ли какой-то связи между этой способностью и странными, хотя и восхитительными повадками некоторых птиц? Их очень красочно описал Карл фон Фриш, лауреат Нобелевской премии, присужденной ему за разгадку «языка», которым пчелы общаются между собой. Самцы одного из видов ткачиков — птиц из семейства воробьиных — строят гнезда, искусно сплетая нечто вроде сети из травинок. Но, пишет фон Фриш, «самка ткачика очень привередлива. Если она находит архитектурное мастерство супруга недостаточным, то отвергает его притязания, заставляет расплести гнездо и начать все сначала». По мнению ученого, «самец действует не только инстинктивно, но и учится на опыте своих неудач». Еще более удивительны повадки других представителей семейства воробьиных, шалашников. Они украшают свои гнезда «гирляндами ярких цветов, ягодами, перьями попугаев, крышечками от бутылок, осколками стекла и другими блестящими предметами, которые самцу удается подобрать возле человеческого жилья. В качестве последнего штриха самец может даже разрисовать гнездо внутри соком черники, ягоды которой он давит клювом. Когда все готово, он отступает назад, подобно художнику, критически изучающему свое творение, и, не колеблясь, меняет местами цветы или поправляет раскраску».

Что это? Эстетическое чувство, его зачатки? А почему бы и нет? Почему бы ощущению прекрасного не быть связанному с какими-то статистическими закономерностями? Мы говорим о прекрасных произведениях искусства, что они «соразмерны», «гармоничны», — разве в этих словах нет намека на некие единицы измерений, которыми мы бессознательно пользуемся? И что очень важно, для статистического опознавания нет нужды, подобно Сальери, расчленять музыку (или любое другое произведение искусства) «как труп». Мы ведь знаем, что только в цельности, в полном объеме всех деталей способна выступить красота при восприятии, но в чем суть этой цельности, непонятно: красота неуловима, она ускользает из рук каждый раз, как только ученому кажется, что он нашел к ней ключ.

«Формулы красоты», задуманные по образцу определений квадрата или треугольника, нередко сбиваются на тавтологии типа «чувство прекрасного отражает прекрасное в самой действительности». Не случайно же авторы статьи «Прекрасное» в третьем издании Большой советской энциклопедии дали не категорическое определение, а постарались описать чувство, которое возникает в нас при общении с прекрасным. Они говорят о том, что «восприятие и переживание прекрасного вызывает бескорыстную любовь, чувство радости и ощущение свободы». И далее: «...переживание прекрасного потому и бескорыстно, что в нем сливаются личные и общественные интересы, человек ощущает себя лично причастным к общественному значению прекрасного».

Впрочем, если точно дать определение прекрасному в словах чрезвычайно трудно, если не безнадежно, то почему бы не предположить, что его можно высказать на языке математики? Нильс Бор заметил, что математика «похожа на разновидность общего языка, приспособленную для выражения соотношений, которые либо невозможно, либо сложно излагать словами». Мы уже говорили, что для всех столов существует обобщенный образ стола. Может быть, и для прекрасного — для всех его видов! — тоже существует обобщенный образ, вызывающий в нас те самые эмоции, о которых написано в энциклопедической статье «Прекрасное»? На такую возможность намекает многое. Мы знаем, что все наши органы чувств изъясняются на одном и том же языке — языке импульсов, циркулирующих по нервным сетям. Не в этой ли общности кодов разгадка того, что критики нередко пытаются выразить свое восхищение предметом искусства на языке терминов другого искусства и даже на языке ощущений, к искусству не имеющих в общем-то отношения? Так появляется «сочная живопись», «кричащие краски», «тусклый звук», «раздольная мелодия» и так далее, и так далее, и так далее. Все мы, впрочем, понимаем (вернее, ощущаем, нередко каждый по-своему), что именно хотел сказать своими определениями критик. Однако значит ли это, что он выразил суть дела? что нашел формулу прекрасного? Тогда как обобщенный образ прекрасного произведения (так же как обобщенный образ фотографии, которую мы не в силах описать словами, но легко отличаем от других) — этот обобщенный образ точно воспринимается зрителем, слушателем, читателем. И творцами произведений, которые обычно не в состоянии удовлетворительно объяснить, почему именно это слово, именно этот мазок положены именно в этом месте. «Так соразмернее, красивее, лучше», — говорят они...

Все это, конечно, не означает, что обобщенный образ — нечто мистическое, вневременное, не связанное с жизнью человека, его трудом и общением с другими людьми. В том-то и дело, что возникает он как раз в труде, в социальном общении, во всем том, что называется емким словом «жизнь», иначе нельзя объяснить, почему ощущение прекрасного сопереживают сразу (или порознь, неважно) сотни, тысячи, миллионы людей, порой отделенных друг от друга не только тысячами километров, но и тысячами лет. Бесспорны определения Чернышевского: «прекрасное есть жизнь» и «прекрасно то существо, в котором видим мы жизнь такою, какова должна быть она по нашим понятиям». Вопрос только в том, как определить само понятие жизни: опять начинаются трудности, которые можно разрешить, если подойти к проблеме с позиций обобщенного образа. Как же выглядит его математическое описание? Как и где может оно возникнуть в мозгу? Это — предмет дальнейшего разговора. А пока зададимся вопросом, не проливают ли обобщенный образ и тренинг-эталон (конечно, не в таком примитивном виде, как его демонстрируют на собаках) некоторый свет на извечную проблему моды в одежде и проблему стиля вообще?

----

Статья из книги: Как мы видим то, что видим | Демидов В.