Революция в зрении: Что, как и почему мы видим на самом деле - Чангизи Марк 8 стр.

Эта аналогия хороша тем, что никто на самом деле не думает, будто внешний вид “рабочего стола” хоть в какой-нибудь мере отражает истинные свойства компьютера. Мы все понимаем, что местоположение иконки на экране, ее цвет, размер, а также способы обращения с ней “иллюзорны” в том смысле, что они существуют только затем, чтобы помочь нам взаимодействовать с компьютером и управлять им. Это удобная фикция. Но раз инженеры, чтобы упростить взаимодействие человека с компьютером, воспользовались удобными выдумками типа иконок “рабочего стола", то не могла ли эволюция использовать такие же полезные фикции, чтобы упростить взаимодействие человека с реальностью? В этом суть метафоры Хоффмана. Эволюции все равно, насколько правдиво зрительная система отражает реальный мир, пока визуальные ощущения животного помогают ему выживать и распространять свои гены эффективнее, чем это делают конкуренты. Эволюция поддерживает только такие зрительные системы, которые размножаются, а их точность — дело десятое. Исходя из этих соображений, доктор Хоффман полагает, что мы не можем быть уверены ни в чем из того, что нам известно о внешнем мире. На мой взгляд, профессор перегибает палку, принимая скептические аргументы такого рода слишком близко к сердцу (по правде говоря, я даже волновался, что, не будучи уверен в моем существовании, он перестанет оплачивать мои обеды), однако само это сравнение видимого мира с “рабочим столом” компьютера невероятно удачно и поучительно, и мы еще вернемся к нему в последующих главах.

Как сказано выше, цветовое зрение животного всегда будет эволюционировать так, чтобы лучше всего видеть то, что важнее всего (пресловутое Л). Но ведь в мире, помимо X, существует много чего еще. Как быть со всем этим? Если говорить о нас, людях, как быть с объектами, не являющимися человеческой кожей? Едва эволюция создала палитру красок для X, как этими же красками тотчас оказался расцвечен весь мир. Наш красный цвет, предназначенный для обогащенной кислородом кожи, невольно дарит свой отблеск закатам, рубинам и божьим коровкам. Все эти примеры — не более чем причудливые совпадения: естественного отбора, ориентированного на то, чтобы воспринимать спектры закатов, рубинов и божьих коровок как один и тот же цвет, не было. На самом деле их спектры различаются довольно сильно — но не до такой степени, чтобы наши колбочки могли это уловить. Мы, как и другие животные с цветовым зрением, смотрим на мир через очки цвета X. Нам кажется, будто в природе повсюду красные и зеленые оттенки, по большей части ничего не означающие. Эти воспринимаемые нами цвета красно-зеленой гаммы — не просто иллюзии, но и, вероятнее всего, бесполезные иллюзии: когда мы видим их на коже, они полезны, но в том, чтобы видеть цветы красными, а листья — зелеными, нет никакой выгоды. К нашим глазам пришиты очки цвета X, которые, хотя и помогают нам заглядывать во внутренний мир других людей, могут сбивать нас с толку во всем, что не связано с социумом (например, внушать ошибочную мысль, будто между закатами, рубинами и божьими коровками существует некое объективное сходство). Это мощное напоминание о том, что зрение, которым мы пользуемся, возникло, чтобы помочь нам размножаться, независимо от того, воспринимаем мы окружающий мир объективнее или нет. (Восприятие синего и желтого должно приносить еще какую-то пользу, поскольку оно свойственно и тем млекопитающим, чья кожа не имеет безволосых участков. Правда, в чем именно заключается эта польза, пока остается неясным.)

Итак, наша цветовая картина мира довольно странна. Для животных с другим количеством типов колбочек мир раскрашен в другие цвета. Оттенки, воспринимаемые нами, разбросаны там и сям (за исключением кожи) без какого-либо смысла и порядка, и наша картина мира гораздо менее объективна, чем кажется. В сущности, животные, обделенные цветовым зрением, смотрят на мир объективнее нас. В их случае цвета не отбрасываются на предметы, окраска которых не имеет практического значения, но... платой за эту объективность оказывается отсутствие какой бы то ни было информации о длине световых волн. Животные, не обладающие цветовым зрением, способны оценить только то, сколько вообще света попадает в глаз. Рассуждая таким образом, я вновь проникся уважением к черно-белой фотографии. Прежде она казалась мне чем-то несовершенным, и я не мог понять, почему некоторые так ею увлечены. Теперь я думаю, что черно-белые снимки лучше передают то, как предметы выглядят на самом деле. Черно-белая фотография более или менее устроит и пчелу, и птицу, и человека: все они увидят на ней примерно одно и то же. Но на цветном фото они увидят разные цвета. Если бы вам пришлось отправлять в космос фотографию, чтобы однажды ее обнаружили инопланетяне, то лучше выбрать черно-белую: им будет гораздо проще разобраться. Даже если у инопланетян есть цветовое зрение, оно вряд ли построено на основе нашего гемоглобина. И цветную фотографию инопланетяне могут увидеть совершенно иной.

Знание того, что назначение цветового зрения — отмечать значительные и незначительные изменения окраски нашей кожи, возможно, не увеличит продажи обоев “телесного” цвета. Но, надеюсь, теперь вы поняли, что кожа, цвет которой кажется неопределенным, на самом деле удивительно красочная, поскольку эволюция наших глаз превратила ее в цветной экран, на котором можно смотреть волнующие драмы, полные секса и насилия. Животным, не имеющим цветового зрения или, по крайней мере, не имеющим такого же цветового зрения, как у нас, эти шоу недоступны. Им наша способность улавливать такую глубоко личную информацию могла бы даже показаться своего рода волшебством. Но мы не волшебники, а просто телепаты. Настоящие, живые телепаты.

ГЛАВА 2. Рентгеновское зрение

Представьте, что вы превратились в белку. Покрывшись мехом, обретя гибкое тельце весом около двух фунтов и испытав шок от осознания того, что волшебная палочка вашего приятеля оказалась действительно волшебной, вы обнаруживаете, что поблизости нет ни вашего телевизора, ни дивана. Теперь вы находитесь на дереве в тропическом лесу Уганды. И не одни, а в компании своих (новых) сородичей, которые явно чем-то обеспокоены и потому не расположены приветствовать вас. Они с ужасом таращатся куда-то вниз, и, хотя вы ничего не видите, у вас появляется дурное предчувствие. Определенно, сегодня неудачный день для превращения в грызунов. Наконец вы слышите: отовсюду снизу доносятся уханье и визг. Шимпанзе!

А ведь вы даже успели испугаться. Но тут ни змеи, ни пальмовой куницы, ни леопарда. Одни только миляги-шимпанзе: они так забавны в рекламных роликах, когда на них костюм с галстуком! Так, ну а теперь надо каким-то образом добраться до посольства и объяснить, почему у вас нет с собой паспорта.

Спускаясь с дерева и дивясь своим новым когтям, вы задумываетесь о том, куда исчезли все остальные белки. Чего они испугались? И тут ваше лицо становится мертвенно-бледным (точнее, стало бы, если бы вы все еще были человеком): вы припоминаете, как видели что-то такое по телевизору. Шимпанзе иногда охотятся на млекопитающих вроде мелких обезьян и... белок! Все, что вы видели в телепередаче братьев Кратт, стремительно всплывает в памяти: Крис и Мартин сопровождали шимпанзе во время охоты и снимали на камеру, как те ловят маленьких пушистиков, разгрызают им головы и отрывают конечности. “Я — маленький пушистик!” — вопите вы, но с новым голосовым аппаратом у вас выходит только что-то вроде: “Квурп, квурп, квурп”. И, судя по стремительно приближающимся крикам шимпанзе, те восприняли это как призыв: “Свежая бельчатина! Приготовлено с кровью!” (рис. 1).

Вы мчитесь сквозь лесной полог, ловко перепрыгивая с ветки на ветку и с дерева на дерево, стараясь удалиться от звуков погони. Про себя вы отмечаете, как хорошо иметь тонкий слух, потому что увидеть кого-либо из следующих за вами по пятам шимпанзе вам пока не удалось. По правде говоря, вы вообще мало что видите. Листья, листья, листья... Они крупнее вашей крохотной головы, которую так просто откусить, и загораживают вам обзор. Даже если бы вам было известно, где вы были вначале, теперь вы точно заблудились. К счастью, вы быстрее и проворнее шимпанзе, и это помогает противостоять тому факту, что их масса примерно в пятьдесят раз больше вашей. Кроме того, вы способны двигаться бесшумно, особенно по сравнению с грохотом, который производят ваши преследователи. Но если они вас не слышат, почему же тогда преследуют так неотступно? Как будто бы шимпанзе способны видеть вас, хотя вы их и не видите. Может быть, у них есть секретные шимпанзячьи рентгеновские очки, позволяющие смотреть сквозь кажущуюся непроницаемой листву? Не успеваете вы подбодрить себя тем, что подобная нелепость невозможна, как вас хватают и навсегда лишают возможности додумать эту мысль до конца.

Настоящая глава будет посвящена загадочным способностям шимпанзе — их разновидности “рентгеновского зрения”.

Рис. 1.

а) Это вы — после того как приятель-волшебник превратил вас в белку, б) Шимпанзе интересуется, есть ли вы в меню.

Мы с вами тоже обладаем такими способностями, и они делают нас грозой лесов. Рассказ об этом сверхъестественном качестве я начну с циклопов и с того, почему они так редки.

В природе циклопы встречаются нечасто, а те, которые есть, не оправдывают ожиданий: подпоить этих животных и вонзить острый кол в их единственный глаз было бы куда менее впечатляюще по сравнению с подвигом Одиссея. Настоящие “циклопы" — чаще всего мелкие ракообразные наподобие дафний (рис. 2) или беспозвоночные вроде ланцетников — наших далеких рыбоподобных предков. Среди позвоночных циклопы не встречаются. У некоторых рыб, лягушек, ящериц и их дальних родственников имеется третий (так называемый теменной) глаз на макушке, который напоминает циклопический в том смысле, что не имеет пары (рис. 2аб). Однако, хотя этот глаз и является светочувствительным, он, строго говоря, и не глаз вовсе, поскольку не способен формировать картину внешнего мира. Его функция, по-видимому, связана с регуляцией температуры тела. Среди высших позвоночных ближе всего к циклопам детеныши-анэнцефалы, но они являются на свет вследствие ошибки природы.

Одна из причин редкости циклопов — они не видят того, что у них сзади. Большинство зрячих животных с нашей планеты, напротив, может видеть происходящее за спиной — и имеет смысл предположить, что это зачем-то нужно. Получается это у них оттого, что глаза смотрят в противоположных направлениях. Именно так обстоит дело у кальмаров, насекомых, рыб, рептилий, динозавров, птиц и многих млекопитающих — скажем, у лошадей или кроликов (рис. 3). К этим животным нельзя незаметно подкрасться со спины. Но раз панорамное зрение (способность видеть и спереди, и сзади) объясняет столь малое количество циклопов, что в таком случае можно сказать о нас с вами? У нас два глаза, и оба они глядят в одном направлении. От этого должна быть какая-то выгода - достаточно значительная, чтобы перевесить неудобство от полной слепоты по отношению к тому, что находится позади. Ниже я разъясню это затруднение, ведь основная тема данной главы — почему наши глаза направлены вперед.

Рис. 2.

Циклопы: а) единственный глаз дафнии; б) теменной глаз ящерицы; в) циклопы-млекопигающие вроде этого древнеримского божества встречаются только в легендах.

Рис. 3.

У большинства животных глаза смотрят в разные стороны, что делает возможным панорамное зрение.

Но вначале давайте обратим внимание на одну особенность изображенных на рис. 3 животных: столь очевидную, что проглядеть ее легче легкого. Как я уже говорил, их глаза смотрят в противоположных направлениях. Если точнее, по бокам головы (рис. 4а). Однако это не единственный возможный способ обзавестись панорамным зрением. Альтернативный вариант — разместить один глаз прямо на лбу, а другой прямо на затылке (рис. 4б). Но вы не встретите ничего подобного в природе (и, насколько мне известно, в фантастике тоже). Почему же?

Рис. 4.

а) У многих животных, как и у этого вымышленного существа, глаза направлены в стороны. 6) Животных, один глаз которых смотрел бы вперед, а другой — назад, не бывает. Почему?

Причина связана с тем, что смотрящие в противоположные стороны глаза животных с рис. 3 видят не только противоположные половинки общей картины. Их зрительные поля частично перекрываются, то есть оба глаза видят некоторые части окружающего мира одновременно. Эти участки называются бинокулярной областью. В том, чтобы видеть какую-то часть мира обоими глазами, есть определенные преимущества, и они по большей части прямо перед вами. Бинокулярная область тех животных, чьи глаза расположены с двух сторон, находится спереди (рис. 5а), сверху и сзади (рис. 5б). Так, вы находитесь в бинокулярной области животного с рис. 4а, потому что каждый его глаз вас видит. Но у животного, один глаз которого смотрит вперед, а другой назад, все перекрывающиеся участки поля зрения будут расположены по сторонам, а не спереди. В том же, чтобы самым мощным зрением было боковое, выгод не так уж много. (Наше зрение — частный случай расположения глаз по бокам, в том смысле что наши глаза находятся слева и справа от плоскости симметрии, и поэтому бинокулярная область формируется спереди.)

Рис. 5.

а) Поля зрения каждого глаза животного (в данном случае птицы), чьи глаза расположены по бокам. Впереди имеется бинокулярная область — участок, который видят оба глаза. Кроме того, каждый глаз видит клюв, частично загораживающий передний обзор, но другой глаз компенсирует недостающее, и в итоге животное видит все. Иными словами, оно способно одновременно видеть и свой клюв, и все, что находится за ним. (Обратите внимание на то, что в непосредственной близости от животного, прямо перед бинокулярной областью, находится участок, не попадающий в поле зрения ни одного из глаз — слепая зона. Никакой зрительной информации отсюда не получишь, но зато это подходящее место, чтобы разместить выступающий участок тела, — здесь он не будет ничего загораживать.)

б) Если на первом изображении птица смотрела вперед, то теперь ее взор устремлен назад: зрительные поля обоих глаз сдвигаются, и новая бинокулярная область образуется прямо позади животного. Некоторые, хотя и не все животные с глазами, направленными в противоположные стороны, обладают такой способностью (например, кролики).

Каковы преимущества бинокулярного зрения? Знающий человек ответит: это стереоскопия, то есть способность видеть глубину и объем. Изучение бинокулярности исторически так тесно переплетено со стереоскопией, что и лекции, и книги по данному вопросу посвящены в первую очередь проблеме восприятия объема. Однако я в своих исследованиях пришел к необходимости обратить внимание на другое преимущество бинокулярного зрения, прежде никем не замечавшееся, — на способность видеть сквозь предметы. Без понимания свойств этого нашего “рентгена” невозможно понять и то, почему глаза у нас направлены вперед.

Но прежде чем обсуждать наше “рентгеновское” зрение как таковое, мне хотелось бы поговорить об одной специфической и основополагающей его разновидности, вытекающей из наличия у нас двух глаз одновременно и дающей новые аргументы в пользу того, что панорамное зрение выгоднее формировать при помощи глаз, расположенных по бокам, а не спереди или сзади. Я имею в виду способность видеть сквозь собственное тело.

Прежде чем озаботиться тем, чтобы видеть внешний мир как можно лучше, животному следует убедиться в том, что оно вообще его видит. Если расположить глазное яблоко во рту, на нёбе, толку будет немного. Ну а где следовало бы разместить глаза? Почти любое место подойдет лучше, чем нёбо, но нельзя забывать и о том, что у тела есть неуклюжие выросты, которые могут загораживать обзор. И, на самом деле, бывает даже нужно, чтобы эти части тела находились перед глазами: пасть, рыло, нос, вибриссы и передние лапы специально предназначены для взаимодействия с объектами, находящимися прямо по курсу. Иметь эти придатки перед глазами выгодно не только потому, что, в отличие от глаз, они приспособлены соприкасаться с внешним миром, но и потому, что, видя эти приспособления, ими проще управлять. Возникает головоломка, которую животные, обладающие зрением, должны решить: как разместить выступающие части тела перед глазами и при этом видеть мир?

Ту же задачу пришлось решать разработчикам видеоигр. Как дать игроку возможность видеть своего персонажа, чтобы тот не заслонял игровое пространство? Если вы играете в режиме “от первого лица”, оружие вашего персонажа перекрывает значительную часть экрана (например, рис. 6а). Если же играть в режиме “от третьего лица”, когда весь персонаж виден вам со спины, значительная часть обзора тоже будет потеряна, так как персонаж перекроет ее своим телом (например, рис. 6б). Поэтому во многих играх игрок может менять угол зрения относительно персонажа. Вот вам, пожалуйста, возможное решение задачи: чтобы иметь возможность заглядывать за выросты собственного тела, позвольте глазам “бродить” вокруг и передавать информацию в мозг.

Природа, однако, нашла другое решение, в чем вы можете убедиться сами, посмотрев на собственный нос. Зажмурьте один глаз и слегка наморщите нос, и вы увидите, что он расположен в нижнем углу поля зрения и загораживает вашему открытому глазу обзор, как это показано на рис. 7а и 7б. Но стоит лишь открыть другой глаз, и с его помощью вы видите все, что скрывалось за носом (рис. 7в). Нос при этом никуда не девается, но теперь он имеет вид прозрачной фигуры. Каждому из глаз виден нос, который загораживает часть обзора. Но участки, закрываемые им, для каждого глаза свои, и потому пара глаз видит полную картину, в том числе нос. А вот если бы один ваш глаз был расположен спереди, а другой сзади, как на рис. 4б, любая выступающая часть тела, находящаяся спереди от вашего переднего глаза, мешала бы ему видеть.