Мир строится из деталей

Описание

В начале 60-х годов кандидат, ныне доктор биологических наук Альфред Лукьянович Ярбус проделал опыты, на которые сегодня ссылаются во всем мире, все, кто хоть сколько-нибудь причастен к изучению восприятия формы и пространства, — опыты, давшие начало большой серии различных исследований, значительно углубивших наше понимание того, что такое «смотреть на мир».

На глазу испытуемого было укреплено маленькое зеркальце, и световой зайчик писал на фотобумаге след движения глаз, когда человек рассматривал картину. Получившийся узор свидетельствовал, что глаз вовсе не обводит зрачками контуры предметов (увы, даже сейчас еще кое в каких книгах приходится читать, что «глазное яблоко движется в соответствии с контуром»), а совершает странные, поначалу кажущиеся хаотическими скачки. Затем, по мере того как записи движений наслаиваются одна на другую, на свет выходят любопытные закономерности.

Первая из них та, что максимумы внимания приходятся на смысловые центры изображения. В частности, человек или животное всегда будет таким центром в картине, даже если она посвящена чему-то совершенно иному, скажем, природе или технике. Лица людей значат для нас больше, чем фигуры, а фигуры— больше, чем детали обстановки. Рассматривая портрет, зритель останавливает взор главным образом на глазах, губах, носе. Эти же элементы — глаза, нос, пасть, — наиболее интересны наблюдателю и тогда, когда на картине изображена морда животного.

Такая «иерархия ценностей» в общем понятна. «Глаза и губы, — пишет Ярбус, — могут сказать о настроении человека и его отношении к наблюдателю, о том, какие шаги он может предпринять в следующий момент и т. д.». Подмеченные еще в глубокой древности «бегающие глаза» субъекта с нечистой совестью— не случайны. Он концентрирует свое внимание не только на лице собеседника, всегда интересном для занятого разговором человека, но и на руках (вдруг их движение что-то выдаст?), карманах (есть ли там оружие?), лицах окружающих (не ждать ли подвоха с их стороны?), — и нам сразу бросается в глаза странность, необычность такого «зрительного общения».

Да, движение глаз отражает работу мысли. Этому найдены очень убедительные доказательства. В одном из опытов Ярбус предлагал испытуемым рассматривать картину Репина «Не ждали» с разных «установок», то есть стараясь решить ту или иную логическую задачу. И что же? Когда было необходимо оценить материальное положение семьи, особое внимание привлекало убранство комнаты, которое при «свободном» рассматривании практически не замечалось. Пытаясь определить возраст персонажей, зритель концентрировал внимание исключительно на лицах. Быстрые перелеты взора от лиц детей к лицу матери и далее к лицу вошедшего (и немедленно обратно, и снова назад по тому же пути!) — таково решение задачи «Сколько времени отсутствовал тот, кого не ждали?» Беспорядочно блуждающий взгляд — это попытка запомнить расположение людей и предметов в комнате...





Картина «Не ждали» — произведение широко известное. Тем интереснее, что разные люди по-разному ее рассматривают. Узоры линий на фотобумаге отмечают, что хотя элементы изображенного привлекают внимание разных людей в общем одинаково и в явной связи с «установкой», пути обхода элементов взором у каждого человека свои.



сказал Гёте. Эти индивидуальные особенности очень устойчивы. Когда один и тот же человек глядит на картину сейчас, через три дня или неделю спустя, зеркальце говорит, что путь его взгляда изменяется очень мало. «В сущности, Искусство — зеркало, отражающее того, кто в него смотрится» — эти слова Оскара Уайльда порой воспринимаются как стремление «выразиться поэффектнее». А выходит, они имеют документальное подтверждение...

Несколько другую методику — киносъемку глаз — использовал доктор педагогических наук В. Н. Пушкин для того, чтобы исследовать «технологию» решения шахматных задач: путь взора подсказывает исследователю, как мыслит при этом шахматист. И опять мы видим, что маршрут движения зрачков зависит от «установки»: найти решение — рисунок один, а вот просто оценить положение и сказать, чья позиция сильнее, — маршрут иной. При поисках выигрыша глаз фиксируется в основном на «функционально значимых пунктах» позиции, и потому имеются обширные районы доски, куда взор вообще не заходит. А когда дается оценка положению, «точки фиксации глаз распределяются по всей доске».

Шахматист рассматривает каждый фрагмент позиции, привлекающий его внимание, примерно четверть секунды. Такую же величину фиксации взора во время чтения (прозы или стихов — все равно) отмечают Ярбус и многие другие исследователи, так что доска для гроссмейстеров действительно представляется раскрытой книгой... Четверть секунды, как вы помните, нужно кратковременной памяти, чтобы сравнить свое содержимое с запасами долговременной. Так, в наших руках появляется еще один факт в пользу гипотезы обобщенного образа. Ну, а если этого времени не хватает, потому что текст сложен или эмоционально насыщен и у читателя возникают ответные мысли и ассоциации? Тогда взгляд задерживается дольше, но опять-таки на время, кратное четверти секунды.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

Объем информации, передаваемый за это ничтожное время в долговременную память, резко меняется с возрастом. Шестилетний ребенок способен понять за минуту не более семидесяти пяти слов, а двадцатилетний студент «проглатывает» триста сорок. Почему? Потому что малыш для чтения сотни слов останавливает свой взгляд двести сорок раз и пятьдесят пять раз возвращается к прочитанному. Студент же останавливается в три и две десятых раза, а возвращается в пять раз реже. По мнению советских исследователей В. П. Зинченко, Б. Ф. Ломова, Е. Н. Соколова и М. С. Шехтера, жизненный опыт дает возможность отсеивать второстепенные по значимости признаки, объединять несколько простых признаков в один комплексный «знак». Иными словами, изменяется алфавит, в котором ведется опознавание. И потому, хотя время остановки взора практически неизменно у дошкольника и у студента, эффективная скорость переработки сведений в высших отделах мозга резко возрастает. Взрослый думает быстрее, чем ребенок, не только вследствие своего более высокого общего развития, не только потому, что память взрослого богаче знаниями, но и потому, что внутренняя структура мозга совершенствуется, что способы представления информации, воспринимаемой органами чувств, становятся экономичнее.





Почему так стабилен узор, который чертит свет от зеркальца? Этим вопросом после опытов Ярбуса занялись американские физиологи Д. Нотон и Л. Старк. Они стали фиксировать не только общую картину пути, но и последовательность переходов взора от точки к точке. Путь обхода оказался, как и узоры в опытах советского ученого, совершенно индивидуальным для каждого испытуемого и очень устойчивым. По мнению экспериментаторов, при первом знакомстве с предметом человек как бы ощупывает его взглядом, намечая путь обхода. При этом в зрительной памяти «застревают» признаки, характеризующие вещь, а в моторной памяти — сигналы от глазодвигательных мышц. Образуется «кольцо признаков», в котором зрительная и моторная информация перемежаются. При новом знакомстве «кольцо» помогает опознать изображение.

Какие же формальные признаки характерны для точек фиксации взгляда? Что именно принимает зрительный аппарат за информационно важную особенность? Физиологи считают, что это участки контура с очень сильным искривлением — информативные фрагменты. Любопытный опыт провел американский исследователь М. Эттнив: предложил испытуемым отметить на рисунке лежащей кошки точки, которые, по их мнению, наиболее важны для опознания смысла фигуры. Эти точки оказались, как и можно было ожидать, точками максимальной кривизны данного участка контура. Ученый выделил около сорока таких пунктов и соединил их прямыми линиями: рисунок практически не пострадал, четкость опознания осталась без изменений.

Именно эту особенность работы зрительного аппарата бессознательно использовали кубисты, «гранившие» изображаемые ими предметы. На нее опираются многие приемы стилизации, свойственные народному творчеству: при вышивке крестом, в ковроткачестве. Резкие изломы линий не мешают узнавать изображенные мастером плавные в жизни контуры фигур людей и животных.

Точки максимальной кривизны и пересечения контуров, эти максимумы функции информативности, рассказывают нам о фундаментальных вещах: о расположении предметов в пространстве. Это стало особенно ясно, когда требования промышленности заставили ученых всерьез заняться роботами, способными ориентироваться в пространстве и определять взаимное положение деталей с помощью «глаз» — телекамер.





— Лежит ли позади пирамидки какой-нибудь большой предмет?

— Да, целых три: большой красный брусок, большой зеленый кубик и синий брусок.

— Поставьте теперь самый маленький брусок на зеленый кубик, на котором стоит пирамидка.

— Ладно.

— Теперь поставьте сверху самую маленькую пирамидку.

— Ладно.

С кем ведется этот диалог? С человеком, неважно различающим цвета или формы предметов, которого «вводят» в пространственные и цветовые соотношения вещей? Ничего подобного. Это диалог с роботом, опубликованный еще в 1970 г. Как видите, «бездушный автомат», как некогда любили поругивать кибернетические устройства, различает цвет, величину, форму, положение. Как воспринимает машина первые два признака — в общем можно представить. Цветное телевидение нам хорошо известно, измерить площадь изображения на экране тоже не представляет особого труда. А вот форма, взаимное положение...

Когда вещи закрывают друг друга — самый типичный случай, — их контуры пересекаются. Может показаться, что это плохо: как же, глазу виден не весь предмет, а только часть. Однако именно данное обстоятельство и дает зрению массу сведений, и сведений очень полезных.

В точках пересечения — узлах — могут сходиться две, три или несколько линий. Установлено, что типов узлов существует не так уж много: всего восемь.





Оглянитесь вокруг, и вы убедитесь, что узлы — один из важнейших признаков глубины пространства. Узел типа L говорит о том, что разделяемые им поверхности принадлежат скорее всего разным предметам. «Вилка» показывает, что здесь сходятся три поверхности одного и того же тела. А вот чуть отличающаяся от нее «стрелка» свидетельствует, что две поверхности принадлежат одному предмету, а третья — другому, возможно, фону, на котором развертывается действие.

Правила опознавания, заложенные в память ЭВМ, обеспечивают роботу ориентацию в пространстве. Линии — узлы — зоны — поверхности — тела — общая сцена. Таков путь расшифровки ситуации, по которому движется вычислительная машина. А человек? По-видимому, и для него узлы играют важную роль. С их помощью он превращает плоские картины в трехмерные, представляя в своем воображении (как правило, бессознательно) взаимное размещение предметов в пространстве, объемные формы тел.





Что это так, свидетельствуют «невозможные фигуры», очень смущающие неподготовленного зрителя. Вот одна из них — треугольник Пенроуза. При беглом взгляде вы не замечаете в нем ничего особенного. Три его угла (возможно, они порождают его обобщенный образ) настраивают на привычную картину: сколоченный из трех брусков объемный треугольник.

Дело, однако, осложняется, едва вы попытаетесь представить его пространственную форму, то есть займетесь реконструкцией трехмерности по плоскому изображению. Мозг отказывается принять реальность этой фигуры! Глаз блуждает по контуру от одной вершины к другой, вертится по кругу все быстрее, быстрее, и ни на йоту не приближается к решению загадки. Треугольник остается странным, ирреальным. В чем причина?





Еще триста лет назад Декарт так описывал схему восприятия сложного образа: «Если я нашел путем независимых мыслительных операций отношения между А и В, между В и С, между С и Д, наконец, между Д и Е, то это еще не позволяет мне понять отношения между А и Е. Истины, усвоенные ранее, не дадут мне точного знания об этом, если я не смогу одновременно припомнить все истины. Чтобы помочь делу, я буду просматривать эти истины время от времени, стимулируя свое воображение таким образом, что, осознав... один факт, оно тут же перейдет к следующему. Я буду поступать так, пока не научусь переходить от первого звена к последнему настолько быстро, что ни одна из стадий этого процесса не будет «спрятана» в моей памяти, и я смогу созерцать своим мысленным взором всю картину сразу». Как мы помним, мозг примерно по этой схеме управляет движением глаз — тем самым движением, которое Ярбус впервые записал на фотобумаге. И вот в случае «невозможной фигуры» этот безупречный в общем метод подводит...

Давайте посмотрим, почему это происходит. Анализ требует некоторого терпения, но в конце мы будем вознаграждены: нам откроется тайна не только треугольника Пенроуза, но и других «невозможных» изображений.

Итак, пересекающиеся поверхности 3 и 1 нашего треугольника образуют в точке А узел типа Т. Это значит, что поверхность 1 лежит под поверхностью 3. Смотрим на точку В: там опять узел Т, образованный плоскостями 3 и 4. Следовательно, поверхность 3 лежит под поверхностью 4. Переходим к точке С: опять такой же узел, и, значит, поверхность 4 лежит под поверхностью 1. Но ведь мы только что убедились, что 4 не может быть под 1, так как 4 лежит над 3, а 3 — над 1. Следовательно, 4 должно находиться над 1, а узел свидетельствует об обратном! Глаз спорит с логикой. Он говорит, что все бруски перпендикулярны друг к другу, а она утверждает, и совершенно справедливо, что такое в треугольнике невозможно. Конечно, все эти соображения проносятся в мозгу очень быстро, бессознательно, и вообще, мы построили модель механизма, который, вполне возможно, в реальности действует как-то по-иному, но приводит к тому же результату.

Как же выйти из противоречия? Оказывается, нужно сделать нечто радикальное: выкинуть один из фактов (неожиданный парадокс заключается в том, что излишнее знание только мешает). Закройте пальцем любую из вершин, лучше верхнюю, и вы увидите мгновенную метаморфозу: стороны треугольника «выскочат» из плоскости листа, превратив псевдоплоскую фигуру в объемную. Все три брусочка станут перпендикулярны друг к другу!

К трюкам, подобным треугольнику Пенроуза, нередко прибегал голландский художник Морис Эсхер (или Эшер, как иногда произносят его фамилию). То и дело на его картинах встречаются «струящийся вверх» водопад, таинственной формы строения, направленная все время вниз по замкнутому кольцу лестница... Странность изображения разгадывается уже известным нам способом: нужно прикрыть часть картины, построить с треугольником и линейкой точки схода перспективы, и тогда становятся видимыми очень хитрые, изощренные приемы «игры» мастера.





А теперь зададимся вопросом: зачем человеку нужно воспринимать мир фрагментно? Какой смысл в создании целого из частей? Мы уже знаем, что глаз — система однообразная, он воспринимает предметы последовательно. С другой стороны, в теории связи есть такое понятие: полоса частот, их диапазон, который линия способна передать без искажений. У телеграфного канала — полоса семьдесят пять герц, натуральное звучание голоса получим при полосе как минимум восемь тысяч герц, а для телевизионного сигнала требуется уже несколько миллионов герц. По аналогии с полосой частот измеряют и пропускную способность канала информации. Единица там — не герц, не количество колебаний в секунду, а число двоичных единиц информации, число бит, проходящих в секунду (по-английски «двоичная единица»—«бинари диджит», отсюда и «би-т»).

Двоичные же единицы — это вот что. Любое число можно представить как два, возведенное в соответствующую степень: 2°= 1, 21 = 2 и так далее. Например, считается, что человеческий глаз различает двести пятьдесят — триста, то есть примерно 28 оттенков яркости. Показатель степени и сигнализирует, скольким двоичным единицам информации в данном случае соответствует каждая градация: она равна восьми битам. Был бы миллион градаций, «цена» каждой возросла бы почти до двадцати бит...

И вот дальше некоторые ученые делают формальный подсчет: перемножают эти единицы информации на количество светочувствительных элементов сетчатки, а потом еще на частоту, при которой воспринимаемое глазом изображение перестает мелькать. Получаются гигантские цифры пропускной способности зрительного аппарата: от трех до двухсот миллионов бит в секунду.

Но будь такая арифметика справедлива, резонно замечают авторы книги «Информация и зрение», мы могли бы «воспринимать десятки миллионов хаотически распределенных черных и белых точек; нет сомнений, что в ходе эволюционного развития не было нужды в системе с такой огромной пропускной способностью». И действительно, эксперименты показывают, что реальная цифра лежит между десятью и семьюдесятью двумя битами в секунду. Кстати, эта цифра приблизительно одинакова и для глаза, и для уха (для глаза она несколько больше). Как же согласовать такие маленькие цифры с тем, что мы воспринимаем телевизионное изображение, информационная емкость которого сто миллионов бит в секунду? Вся штука в том, что противоречие кажущееся.

Абсурдные миллионы бит пропускной способности, которой якобы обладает глаз, возникают от формалистического обращения с теорией информации. Между тем одно из основных положений ее заключается в том, что в первую очередь нужно определить алфавит, несущий информацию, и точно установить количество знаков в нем. Только потом можно браться за логарифмическую линейку. И если пойти таким путем, то сразу возникает вопрос: при чем тут градации яркости и число фоторецепторов? Разве зрительный аппарат занимается тем, что скрупулезно передает в высшие отделы мозга сведения о перепадах яркости между отдельными светочувствительными клетками сетчатки? Отнюдь! Туда поступает обобщенный образ увиденного.

И тогда получается вот что: если предъявлять один знак из 32-буквенной азбуки, то как ни старайся, больше пяти бит информации не передашь (32 = 25). При нашей тысяче возможных обобщенных образов информационная ценность каждого не превышает десяти двоичных единиц (1024 = 210). А коль скоро время опознавания любого образа из этого набора, алфавита образов, равно ста пятидесяти миллисекундам, пропускная способность зрительной системы равна всего 66,6 бита в секунду (10:0,150 = 66,6...). Где же миллионы? Увы...

Теперь ясно, почему взор наш задерживается лишь на некоторых фрагментах картин, причем именно на максимумах информативности. Ведь скачки глаз согласовывают таким способом ограниченную пропускную способность зрительного аппарата с колоссальной информативной насыщенностью окружающего мира. Скорость передачи по зрительному каналу получается постоянной и не очень большой, отвечающей возможностям глаза как информационной системы (в технике связи устройства с переменной скоростью развертки позволяют создавать очень экономичные системы телепередачи; первая такая система была предложена советским инженером А. П. Константиновым еще в 1933 г.).

Как же обстоит дело с теми фрагментами изображения, на которых взор не задержался во время рассматривания? Мы их что, не видим? Пожалуй, так. Мозг, судя по всему, досочиняет их, используя те миллионы картин, которые прошли перед глазами и отложились, пусть неосознанно, в памяти. Чем обширнее кладовые нашего зрительного богатства, тем полнее мы воспринимаем то новое, на что обращен глаз, тем полнее наша способность видеть:



писал Уолт Уитмен.

И вместе с тем все сказанное не значит, что наше зрение удовлетворяется одними «кусочками изображений». Первое впечатление поверяется иными фрагментами, контуры и объемы уточняются многократными проходами по разным путям — так возникает сложный, богатый образ. Не случайно же великие полотна можно рассматривать часами, возвращаться к ним множество раз, снова и снова с удивлением замечая, как свежо видится, казалось бы, до тонкостей знакомый сюжет.





Помните, как Александра Александровна Невская рассказывала про «однообразную» систему восприятия, в соответствии с которой работает наш зрительный аппарат? Там это свойство зрения было вскрыто с помощью опытов, поставленных по одной методике, сейчас мы пришли к тому же выводу, рассматривая совершенно другие опыты, поставленные совершенно разными исследователями. Что может быть лучше подтверждения, полученного из далеких друг от друга лабораторий?

Последовательный характер просмотра изображений связан также с обучением и прогнозированием: такой способ, как выяснилось в последнее время, ведет к цели быстрее всего. Это связано с тем, что громадный по объему информации целостный образ разделяется зрительной системой на ряд фрагментов — подобразов, а в этих подобразах вскрываются другие подобразы. «Нет столь великой вещи, которую не превзошла бы величиною еще большая. Нет вещи столь малой, в которую не вместилась бы еще меньшая»,— глубокомысленно рассуждал незабвенный Козьма Прутков. Складывая подобразы в целостный образ, мозг все время строит гипотезы о том, что именно в итоге должно получиться. Что этот процесс развивается именно так, показывают различные эксперименты. Например, двум группам испытуемых демонстрируют довольно неясные фотографии геометрических фигур, причем одной группе сообщают, какие фигуры наиболее вероятны, а другой — нет. И что же? Хотя рассматривать картинки можно сколь угодно долго (иными словами, процесс сравнения не обрывается внезапно, как было в опытах, о которых шла речь в предыдущих главах), те, кто имели предварительную гипотезу, распознают картинки в два-три раза увереннее, чем те, кто никакой «установочной» информации не имели. Ясно, что эту особенность работы зрительного аппарата нужно всегда учитывать, анализируя деятельность оператора. Человек за пультом управления все время сопоставляет показания приборов со своими действиями. На часто повторяющиеся ситуации возникают стереотипные ответы. А вот в редкой человек может растеряться — образ ситуации и решение о способе выхода из нее формируются с трудом. Поэтому и тренируют операторов — скажем, летчиков — на распознавание именно редких ситуаций. В инструкциях о пилотировании самолета в сложных условиях не только рассказывают, каким образом надо вести самолет, но и демонстрируют характерные показания приборов — дают фотографии или рисунки приборной доски. И хотя на современных тяжелых самолетах у непривычного человека в пилотской кабине просто рябит в глазах от всевозможных циферблатов, летчик умеет видеть все. Наше зрение, считают ученые, при всех его недостатках приближается к идеальному каналу связи — недостижимой мечте всех связистов, строящих свои системы из «железок».

----

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