Беседы о третьем элементе

Так как изображение на сетчатке перевернуто, физическая реальность, находящяяся справа от нас, отображается на левой стороне, левая — на правой, верхняя — снизу, а нижняя — сверху. Наш мозг приспособился к такой картинке и адекватно реагирует на положение тела и окружающих вещей в пространстве. Причем приспособление это гибкое, и оно легко настраивается. В 1896 году доктор Калифорнийского университета Джордж Стрэттон создал специальные очки (инвертоскоп), благодаря которым изображение на сетчатке становится правильным. Если надеть такой инветроскоп, поначалу кажется, что все вокруг перевернулось, но если носить его одну-две недели, то все вокруг снова становится на место и мы начинаем воспринимать окружающее адекватно. При снятии очков мир снова переворачивается, и обратное приспособление берет те же неделю-две.

В светочувствительных нервных клетках сетчатки изображение превращается в данные, кодируется и передается в мозг по зрительному нерву в виде электрических сигналов, несущих на себе информацию о внешнем мире. Все это пока относится к сфере ощущений.

Получив информацию, мозг включается в работу и обрабатывает данные с помощью соответствующих алгоритмов анализа, извлекая из сообщений сведения, сопоставляя их между собой и формируя образы. Мы начинаем воспринимать объекты реальности, их геометрию, цвет и форму. В результате получаем плоскость, которая при определенном удалении резко изламывается вверх, огибая нечто под разными углами, как единый зрительный образ.

После выделения и опознавания образов включаются Ассоциативные отделы мозга. Они приводят в действие процессы глубокого мышления и понимания, сверяют опознанные нами объекты с имеющимся на хранении знанием. После этого и после включения восприятия в систему знаний мы составляем представление о предмете и понимаем его суть. В результате приходим к заключению, что вдали, возвышаясь над равниной, находится горная гряда. Мы хорошо ее запомнили и можем воспроизвести в сознании, даже утратив визуальный контакт.

Итак, у нас получилось как минимум три стадии отображения окружающей реальности в сознании. Все они, так или иначе, в сухом остатке приводят к передаче информации. Но на каждой из них передаваемое и процесс передачи несут в себе нечто настолько особенное, что возникает ощущение, что мы говорим о трех совершенно разных вещах. И эти стадии нужно подробно разобрать, чтобы понять, как информация проявляется в каждой из них.

2. Сетчатка

Глаз образуется на свету для света, чтобы внутренний свет встречал внешний.

(И. В. Гете)

Рассказ о сетчатке глаза начинается со светового сигнала, или на языке нейрофизиологов — стимула, прибывшего из внешнего мира, и заканчивается, когда расположенная на последней светочувствительная нервная клетка (палочка или колбочка) сообщает, что она видит свет. По субъективной классификации, это процесс ощущения.

Сетчатка — это удивительный объект, расположившийся на границе двух миров, внешнего и внутреннего, и принадлежащий одновременно обоим. Светлой стороной она открыта внешней реальности и является материальным объектом, а Темной — уходит в глубины нашего внутреннего, субъективного мира. В результате зрительного ощущения в каждом глазу у нас появляется двумерное пространство точек с данными освещенности, цвета и движения, несущая на себе информацию о различиях на Светлой стороне в таком виде, который способна переварить наша нервная система.

Как я уже сказал, изображение на сетчатке формируется оптикой глаза. На Светлой стороне реальности, лучи света, сталкиваясь с веществом, частично отражаются от поверхности вещей. Часть отраженных от них лучей света проходит через линзу хрусталика, преломляется в ней и, фокусируясь на задней стенке глаза (сетчатке), формирует изображение.

На сетчатке глаза имеются чувствительные к свету элементы, фоторецепторы двух видов — палочки и колбочки, представляющие собой окончания нервных клеток (нейронов), специально приспособленных к ощущению света и цвета. Каждый фотороецептор отвечает за свой маленький участок изображения и все вместе они превращают непрерывное (аналоговое) изображение, приходящее со стороны внешней реальности, в дискретное, составленное из отдельных точек.

Палочки чувствуют даже самую малую освещенность почти по всей длине видимого спектра. Они приблизительно в 500 раз чувствительнее колбочек и обеспечивают ночное и боковое зрение, при котором мы способны различить предметы, их движение, но не цвета. К последним восприимчивы колбочки, которые и отвечают за цветное зрение. Они бывают трех видов, настроенных на Красный, Зеленый и Синий (RGB).

Сетчатка представляет собой сложную многослойную систему нервных клеток, находящихся на задней стенке глаза, слоистость раскрывает наличие сложных нейронных сетей, похожих на те, что работают в структурах головного мозга. Эволюционно, сетчатка образовалась из ткани мозга, выдвинутой наружу. У ланцетников, древних хордовых родственников рыб, доживших до наших дней, светочувствительные клетки расположены непосредственно в ткани мозга в виде множества глазков, состоящих из одной рецепторной клетки и одной пигментной. Во время развития человеческого зародыша эмбриональный промежуточный мозг выдвигает два отростка, называемых зрительными бокалами. Они и есть будущая сетчатка.

Сетчатка умеет различать только точки, их цвет и их движение, вся более сложная обработка изобюражения происходит в мозгу. Нейроны сетчатки функционально делятся на три основных слоя, Первый слой состоит из рецепторных нейронов, которые непосредственно чувствуют свет и измеряют его силу. Эти нейроны работают в аналоговом режиме, то есть их реакция на выходе пропорциональна количеству попадающего на них света. Следующий слой биполярных нейронов получает аналоговый сигнал от рецепторных и превращает его на выходе в дискретный, несущий два состояния — «Да» или «Нет». И в последнем слое ганглионарных нейроновпринимается окончательное решение по поводу характеристик точки, за которую отвечает данный нейрон и его результат посылается в мозг.

Физиология работы сетчатки стала понятной к 50-м годам XX века, тогда же появились первые компьютеры, и воодушевленные исследователи немедленно попробовали создать искусственную нейросеть по принципу работы сетчатки. Первая принципиальная схема нейросетевого устройства, позволяющего узнавать зрительный образ назвали перцептроном, от латинского слова perceptio (восприятие). Эта модель была впервые реализована в 1960-м году виде машины Mark1, которая была способна распознавать буквы английского алфавита.

Дно сетчатки выстлано клетками, содержащими черный пигмент меланин, и образующими так называемый пигментный слой. Он служит черным экраном, который поглощает не воспринятый свет и убирает световой шум и блики. У ночных животных, таких как кошки и собаки, за этим слоем присутствует еще один — зеркальный, отражающий свет, поэтому у кошек глаза светятся в темноте.

У нас нейронные слои сетчатки расположены так, что самый первый, слой рецепторных нейронов расположен дальше всех от источника света, прилегает к пигментному, и поэтому путь световых лучей заслоняется всеми остальными слоями нейронов, что создает некоторую помеху. Подобное странное «перевернутое» инвертированное строение сетчатки свойственно рыбам, от которых мы унаследовали глаз и строение нервной системы, и в принципе всем последующим позвоночным. Объясняется эта странность, возможно, тем, что восстановление светочувствительных веществ (родопсина и йодопсина) происходит в пигментном слое и близость рецепторов к этому слою критична.

Сетчатка может быть и не инвертированной. На заре эволюции, пути многих жизненных форм разошлись задолго до формирования полноценного глаза, поэтому у разных типов жизненных форм зрительный анализатор эволюционировал независимо. У осьминогов, первичноротых головоногих моллюсков (родственников улиток) имеется полноценный, хорошо сформированый глаз, возникший параллельно нашему, но сетчатка у них не инвертирована, то есть светочувствительные элементы обращены наружу. У осьминога хорошо развитая нервная система, которая устроена уже совсем не как у нас, помимо центрального мозга в каждой ноге осьминога присутствует отдельный полноценный мозг. Удивительные существа! Исследователи утверждают, что эта странная федерация мозгов обеспечивает осьминогу своеобразный интеллект на уровне птиц и млекопитающих.

Остроту зрения и точность цветовосприятия в человеческом глазе обеспечивает центральная ямка или желтое пятно. В середине этого участка сетчатки размером в полтора миллиметра имеются только колбочки, упакованные с максимальной плотностью, поэтому днем в центре поля нашего зрения мы четко различаем мелкие детали в цвете, а в сумерках четкость падает, цвет исчезает, и мы лучше видим боковым зрением, основанном на палочках. На периферии центральной ямки они уже начинают преобладать.