Первые намеки на то, насколько хорошо наши глаза умеют выстраивать единое, целостное изображение в ситуациях, когда картинки, видимые левым и правым глазом, не совпадают, обнаружились в конце 8о-х годов в ходе кропотливого исследования Синсукэ Симодзе и Кена Накаямы. Они изучили, как головной мозг оценивает объемность предметов, которые видны лишь одному глазу. Благодаря их работе, а также множеству последовавших за ней, мы понимаем, что мозг обладает просто невероятным пониманием закономерностей того, как одни предметы загораживают другие, и пользуется этим для построения единого изображения, несмотря на несовпадение получаемых им зрительных сигналов. Например, если левый глаз видит слева от кружки шарик, а правый шарика не видит, то мозг из этого заключает, что шарик находится сзади и слева от кружки, и показывает нам соответствующую картинку.
Несмотря на то, что работа Синсукэ Симодзе и Кена Накаямы послужила толчком к тщательному изучению способностей головного мозга управляться с изображениями, не подобными друг другу, нам понадобилось некоторое время, чтобы в полной мере оценить свою способность видеть сквозь помехи. Одним из этапов этого осознания стало упоминавшееся исследование Арнолда и его коллег: оно показало, сколь ловко мы выпутываемся из ситуаций, когда помехи возникают на пути то одного, то другого глаза. Джейсон Форт, Джонатан У. Пирс и Питер Ленни из Нью-Йоркского университета в статье 2002 года убедительно продемонстрировали нашу способность справляться с испытаниями сложнее подглядывания. Ученые рассмотрели случаи, когда оба глаза видят одни и те же помехи, но разные изображения за ними. Испытуемые смотрели сквозь изгородь на объекты, расположенные так, чтобы сигналы, получаемые левым и правым глазом, были вроде тех, что мы видим на рис. 14а: левый глаз видит только несколько вертикальных полос от общей картины (в данном случае это человеческое лицо), а те ее части, которые соответствуют пробелам, видит правый глаз. Для того чтобы было понятнее, какая именно часть картины доступна каждому глазу, на рис. 14б показаны только видимые вертикальные полосы, без изгороди. Два глаза получают абсолютно различную информацию о лице, на которое смотрят, и мозг должен разобраться, как склеить эти разрозненные картинки в связное изображение. Так вот, оказалось, что он прекрасно владеет этим искусством. Если вам удастся слить воедино две картинки на рис. 14а, глядя “сквозь” страницу, вы получите примерно то же, что изображено на рис. 14".
Предвижу возражение, что, дескать, опыт на рис. 14 не слишком показателен, поскольку изгороди - изобретение сравнительно недавнее. И вообще, так ли часто в действительности нам приходится видеть за какой-либо преградой настолько разные картинки? На рис. 15 показан обзор для каждого глаза, вглядывающегося сквозь просветы в заграждении, и видно, что левому и правому глазу действительно доступны разные участки общей картины. Несовпадающие изображения вроде тех, что представлены на рис. 13а и 14a, — обыденность для лиственного леса, и это было затруднение, которое головному мозгу следовало преодолеть. Но вместе с тем это была удача: как только мозг обзавелся механизмами, позволявшими получать целостные бинокулярные изображения вопреки помехам, он сразу же приобрел более определенный взгляд на (отгороженный помехами) мир. А это, в свою очередь, запустило эволюцию такого признака, как направленные вперед глаза, дававшего возможность расширить границы этого усовершенствованного взгляда. Данную тему мы подробнее обсудим в следующем разделе.
Рис. 14.
а) Что видят ваши глаза, когда вы смотрите на чье-либо лицо сквозь изгородь. В данном случае все было подогнано так, чтобы левый и правый глаз видели абсолютно разные участки лица, но при этом ни один из участков не был полностью скрыт, б) Изображения лица, получаемые каждым из двух глаз, помещены одно над другим, чтобы лучше показать “пазл”, который мозгу предстоит собрать, в) Картина, воспринимаемая вами, когда вы фокусируете взгляд на лице. Вам видны два прозрачных изображения забора, сквозь которые вы видите лицо целиком. Это разновидность той ситуации, когда левый и правый глаз видят совершенно разные картины, но вместе не упускают из виду ничего. Джейсон Форт, Джонатан У. Пирс и Питер Ленни досконально изучили то, как мы воспринимаем “бинокулярные пазлы", и опубликовали результаты своих исследований в 2002 году.
Рис. 15.
Каждому глазу обычно видится за помехами что-то свое.
Но прежде чем продолжать, давайте предвосхитим дальнейшее развитие нашего разговора, еще раз внимательно посмотрев на рис. 14в. Мало того, что наш головной мозг видит целиком лицо за забором, он видит при этом и сам забор, используя ту же уловку “скопируй мир на ‘прозрачку’ в двух экземплярах”, которую мы ранее рассматривали. Любопытно, однако, что в данном случае обе прозрачные копии полностью покрывают поле зрения, не оставляя пробелов. С подобным мы тоже уже сталкивались — когда выглядывали из-за кружки, — но особенностью рис. 14в является то, что здесь каждую из двух “прозрачек” формируют сигналы, получаемые от обоих глаз, а не только от одного из них. Оба эти примера с “прозрачками” говорят о том, что наше зрение не ограничивается тем, чтобы видеть в заданном направлении только один (непрозрачный) предмет. В отличие от животных, чьи глаза направлены в разные стороны, мы, благодаря бинокулярной области, способны видеть одновременно до двух непрозрачных предметов в любом заданном направлении! Животные с глазами, направленными вперед, не теряют способности видеть что-либо, а, напротив, приобретают способность видеть в хаосе окружающих предметов сразу два слоя. Как будто панорамное зрение животных с глазами по бокам головы сложили вдвое и дали возможность видеть оба слоя сразу. То есть получилось объединенное восприятие, которое охватывает только одну полусферу зрительного поля (переднюю), но на самом деле “оглядывает” вдвое больше вследствие способности видеть два слоя одновременно. Именно благодаря этой способности два глаза, глядящие в одном направлении, легко “просвечивают” препятствия. Иными словами, наше умение оперировать изображениями, не имеющими подобия, позволяет нам бесподобно видеть сквозь помехи.
Глаз-булыжник
Чтобы разбить окно моей гостиной, достаточно одного булыжника — если, конечно, у вас хватит наглости подойти к дому вплотную. Присутствие у вас второго камня свидетельствовало бы, наверное, о вашем профессионализме, но, скорее всего, он не понадобился бы: вероятность успеха и при единственном броске практически стопроцентная. Ну а что если я оставлю перед домом собаку и вам придется бросать камень с другой стороны улицы? В этом случае второй камень пришелся бы очень кстати и примерно удвоил бы ваши шансы расколотить мое окно.
Если только... Если только вы, вместо того чтобы по-дикарски швырять камни, не прихватите с собой высокоточный камнемет, способный попасть в одну и ту же точку два раза подряд. Притаившись за скульптурой фламинго в саду соседей через дорогу, вы наводите орудие и стреляете. Из укрытия невозможно разобрать, разбито ли стекло и нужен ли еще один выстрел. Может, он и не нужен, но пособие по камнеметанию советует быть упорным, и вы запускаете второй булыжник. И как же второй бросок повлияет на ваши шансы разбить окно? Если после первого выстрела вы не прицеливались заново, то второй их не повысит. Либо вы сразу разбили стекло и второй выстрел не нужен, либо в первый раз вы промазали и непременно промажете снова. Следовательно, дважды стрелять таким манером из высокоточного орудия ничуть не лучше, чем выстрелить однократно. Фактически, хотя вы и бросили два булыжника, в каком-то смысле произошло всего одно событие. При этом потраченное время и лишний шум могут способствовать тому, что мои соседи заметят подозрительного типа, прячущегося за их фламинго, и позвонят в полицию.
Даже если у вас нет информации о результате первого выстрела и, следовательно, подсказок насчет того, куда целиться, то даже от случайного перенаведения орудия будет больше проку, чем от повторного выстрела в прежнюю точку. Случайное перенаведение будет означать, что два ваших выстрела независимы: успех первого никак не повлияет на успех второго. Перенаведение примерно вдвое повышает вероятность того, что хотя бы один камень разобьет окно. Конечно, было бы еще лучше, если бы перед вторым прицеливанием вы смогли оценить точность первого, но здесь важно, что сама вероятность работает на вас.
Итак, когда лучше идти на дело, вооружившись всего одним булыжником? Когда в окно легко попасть; когда броски не являются независимыми событиями; при наличии обоих условий. А два камня предпочтительнее брать в тех случаях, когда в стекло попасть непросто и когда второй бросок является совершенно новой попыткой его разбить.
Даже если у вас нет информации о результате первого выстрела и, следовательно, подсказок насчет того, куда целиться, то даже от случайного перенаведения орудия будет больше проку, чем от повторного выстрела в прежнюю точку. Случайное перенаведение будет означать, что два ваших выстрела независимы: успех первого никак не повлияет на успех второго. Перенаведение примерно вдвое повышает вероятность того, что хотя бы один камень разобьет окно. Конечно, было бы еще лучше, если бы перед вторым прицеливанием вы смогли оценить точность первого, но здесь важно, что сама вероятность работает на вас.
Итак, когда лучше идти на дело, вооружившись всего одним булыжником? Когда в окно легко попасть; когда броски не являются независимыми событиями; при наличии обоих условий. А два камня предпочтительнее брать в тех случаях, когда в стекло попасть непросто и когда второй бросок является совершенно новой попыткой его разбить.
Животные, изучающие мир, напоминают хулиганов, бьющих стекла. Правда, вместо того чтобы разбивать окна, они занимаются тем, что стараются хорошо изучить обстановку. Окно разбито, если в него попал хотя бы один камень. Так и любую точку пространства можно считать успешно проинспектированной, если она находится в поле зрения хотя бы одного глаза. Трудность попадания в окно при конкретном броске аналогична трудности попадания точки в поле зрения конкретного глаза. А инспектировать точки или участки окружающего мира бывает непросто в связи с тем, что большинство предметов непрозрачны и некоторые точки могут скрываться за ними. (Я говорю “инспектировать”, а не “видеть”, потому что когда вы смотрите в пустоту — скажем, в некоторую точку пространства в трех метрах от вас и в метре от пола, — вы на самом деле не видите эту точку, но контролируете ее в том смысле, что смогли бы увидеть любой предмет, окажись он в этой точке.)
Из близкого сходства этих двух занятий — наблюдения и бросания камней — следует, что один глаз столь же хорош для визуального наблюдения за какой-либо точкой, как и два, в следующих случаях: данная точка легко доступна для наблюдения; нет принципиальной разницы в том, как ее видят оба глаза; первое и второе условие сразу. Остановимся на первом: когда животному действительно легко инспектировать те или иные точки окружающего пространства? Когда обзор ему ничто не загораживает. С точки зрения эволюции это обычно означает отсутствие листьев и прочих помех растительного происхождения. Для краткости я буду называть такой тип местообитания “безлиственным”. То есть если там, где обитает животное, нет листьев, то нет и заметного преимущества в том, чтобы наблюдать за одной и той же точкой не одним глазом, а двумя. Теперь перейдем ко второму “либо”: когда второй глаз действительно не дает существенно нового взгляда на точку? Ответ: когда расстояние между глазами животного меньше, чем размер листа или какой то другой растительной помехи, обычной для местообитания данного животного. Как обстоит дело, если вы пытаетесь заглянуть за предмет, габариты которого значительно превышают расстояние между вашими глазами? Вообразите, что вы созерцаете обычный городской пейзаж, где все — люди, мусорные баки, автомобили, здания — гораздо больше расстояния от левого вашего глаза до правого. Или представьте, каково быть мышью в лесу, где листья не меньше, а то и значительно больше среднестатистической мыши? В таких обстоятельствах что видит один глаз, то обычно видит и другой. Следовательно, если в лиственном местообитании расстояние между глазами животного мало по сравнению с размером листьев, то наблюдать за какой-либо точкой окружающего мира двумя глазами немногим лучше, чем одним.
Итак, один глаз по эффективности инспектирования окрестностей будет примерно равен двум в случаях, когда местообитание животного безлиственно и /или когда невелико расстояние между глазами животного в сравнении с обычными для его окружения листьями. При соблюдении одного из этих условий или их обоих я называю окружающую среду животного “беспреградной” — см. верхний ряд и левый столбец рис. 16 (три квадрата из четырех, за исключением нижнего правого). В беспреградной среде бинокулярное зрение — то есть такое зрительное восприятие, которое возникает, когда оба глаза смотрят в одном и том же направлении, — не дает особых преимуществ, и поэтому на любую конкретную точку окружающего мира животному достаточно смотреть одним глазом. А значит, если среда животного лишена листьев и /или животное мелкое, то можно ожидать, что оно будет отличаться маленькой бинокулярной областью (глаза расставлены сильнее) и, следовательно, панорамным зрением.
Дело принимает интересный оборот, когда в паре условий не соблюдается ни “и”, ни “или”: то есть когда вокруг полно листьев, а расстояние между глазами животного превышает ширину листа. Такую комбинацию факторов я называю блокирующей средой (см. нижний правый квадрат на рис. 16). В блокирующей среде второй глаз может значительно, даже вдвое, повысить шансы успешно проинспектировать ту или иную точку окружающего мира, и именно в этих условиях бинокулярное зрение приобретает рентгеновские свойства, которые дают возможность смотреть сквозь помехи и видеть за деревьями лес. Иными словами, бинокулярное зрение превращается в рентген, позволяющий животному видеть сквозь хаос окружающего мира, только в том случае если мир этот покрыт листвой, а само животное — крупное.
Если вам нужно приглядывать за некоей точкой окружающего пространства, то теперь мы знаем, в каких случаях на нее стоит смотреть в оба, а когда хватит и одного глаза. То есть теперь нам известны условия, при которых два глаза, глядящие в одном направлении, работают как рентген. Но мы все еще не можем объяснить, в чем состоит преимущество того, чтобы глаза были направлены вперед, а не в стороны, потому что нам пока не известны соотношения выгод и издержек для каждого варианта.
Рис. 16.
Комплект из двух глаз приобретает рентгеновские способности, только если местообитание животного богато листвой (которая мешает видеть предметы), а само животное имеет крупные габариты (чтобы расстояние между глазами превышало размеры обычного для данной местности листа). Если, как я предполагаю, “рентгеновское” зрение действительно движет эволюцию направленных вперед глаз, то глаза должны быть направлены вперед только у животных, которые соответствуют нижнему правому квадрату данной таблицы. Это предсказание мы проверим позже, в разделе “Большие листолюбцы".
Цена задней слепоты
В повседневной жизни мы внимательно следим за расходами. Конечно, я мог бы раскошелиться и купить нужный мне удлинительный шнур прямо сейчас, но, взглянув на цену, решаю подождать и подарить его жене на Рождество, убив таким образом сразу двух зайцев. Мы, ученые, смотрим на цены ничуть не меньше других, однако когда дело доходит до теорий, объясняющих, почему в ходе эволюции у животного выработался тот или иной признак, мы можем так быть увлечены своей блестящей догадкой насчет его функции, что забываем учесть расходы. В конце концов, нашего кошелька эти расходы не касаются, а потому не привлекают к себе особого внимания.
Особенно это справедливо для такого признака, как глаза, направленные вперед. Гипотезы, объясняющие, для чего нам нужна подобная посадка глаз, зачастую упускают из виду то, чем мы жертвуем ради нее: способностью видеть позади себя. Например, если, как считается, естественный отбор благоприятствовал глазам, направленным вперед, из-за обеспечиваемой ими широкой области стереоскопического зрения, то следует задуматься, чем это преимущество настолько ценно, что ради него стоило пожертвовать прекрасным задним обзором. Однако сопоставить достоинства стереоскопического восприятия того, что спереди, и способности видеть то, что сзади, — теоретическая задача не из легких: слишком уж о разных вещах речь. И все же любой ученый, взявшийся объяснять преимущества того, чтобы смотреть обоими глазами прямо перед собой, должен придумать подходящий способ сравнения. А это, увы, непросто: вполне можно понять, почему предыдущие попытки потерпели неудачу. Из этих неудач, тем не менее, следует, что прежние объяснения того, зачем в ходе эволюции наши глаза переместились вперед, вполне могут быть неудовлетворительными (и, я думаю, являются таковыми).
Однако если предположить, что функция направленных вперед глаз — смотреть сквозь гущу зарослей, — будет проще уяснить, почему ради этого стоило лишиться заднего обзора. В густых зарослях животное, глаза которого направлены вперед, может инспектировать перед собой вдвое большее пространство, чем животное с глазами, глядящими в стороны. Но зато животное с направленными в стороны глазами может одинаково успешно инспектировать то, что находится перед ним, и то, что сзади. То есть глаза, глядящие вперед, и глаза, направленные в стороны, обеспечивают зрительный контроль примерно одного и того же объема пространства. Однако есть и отличие. Как правило, при распознавании объектов имеет место пороговый эффект: видя некоторую небольшую часть предмета, вы еще не можете его узнать, но, увидев хотя бы чуть-чуть больше, уже можете. Во многих ситуациях, возникающих в блокирующей среде, животное с глазами, направленными вперед, будет способно инспектировать практически все, что есть за зарослями, в то время как животное с глазами, посаженными по бокам, только половину. Животное, чьи глаза смотрят вперед, будет без труда распознавать предметы сквозь помехи, а у животного с глазами, направленными в стороны, возникнут с этим проблемы. Во многих случаях, благодаря способности животного с фронтальной посадкой глаз видеть перед собой вдвое больше, размер видимой ему части объекта будет выше порогового значения, тогда как у животного с боковой посадкой глаз он будет ниже порогового значения, и объект не будет распознан вообще. А информативные зрительные данные о том, что находится только прямо перед тобой, лучше, чем неинформативные обо всем вокруг. Впрочем, последняя антитеза реализуется не всегда: порой заросли могут быть настолько густы, что никакому животному ничего сквозь них не разглядеть. Но и в этом случае от глаз, направленных в стороны, будет лишь немногим больше толку, чем от глаз, направленных вперед.