Мы не видим реальность

Глава 1. Окно, которого нет

Возьмите тот же лист, на котором рисовали крестик и точку. Утром положите его на подоконник. Свет из окна дневной, рассеянный, с голубоватым оттенком неба. Лист белый.

Вечером положите его под настольную лампу с тёплым светом. Лист белый.

Физически это две разные ситуации. Свет, который отражается от бумаги и попадает вам в глаз, утром и вечером различается по спектральному составу, потому что различается свет, падающий на бумагу. Если сфотографировать лист под лампой на телефон и отключить автоматическую настройку баланса белого, он выйдет желтоватым, иногда откровенно жёлтым. Камера честно записала то, что пришло в объектив. Вы же, глядя на лист, скорее всего, не скажете «сегодня бумага жёлтая». Вы скажете, что свет тёплый. А лист останется белым.

Мелочь. Но если к ней присмотреться, она ломает самую удобную картинку зрения, которая у нас есть.

* * *

Картинка такая: глаз похож на объектив, мозг похож на экран. Свет от предметов проходит через хрусталик, падает на сетчатку, сигнал идёт по нерву, и где-то внутри возникает изображение. Ошибки бывают, как бывают царапины на линзе и битые пиксели, но в целом это окно. Более или менее прозрачное, более или менее чистое.

Эта метафора появилась не от глупости. У неё есть серьёзные основания. Глаз действительно содержит оптику, изображение на сетчатке действительно формируется по законам линз, и первые анатомы, разглядывавшие глаз, имели все основания подумать о камере. Кроме того, метафора окна хорошо описывает повседневный опыт. Мир выглядит так, будто он просто есть, а мы просто смотрим.

Проблема обнаруживается, когда мы спрашиваем, что именно окно должно показывать. Если оно честно передаёт свет, пришедший от каждой точки сцены, то вечером лист должен выглядеть жёлтым, как на фотографии. Если оно показывает сам лист, его постоянное свойство отражать свет определённым образом, то это уже работа другого рода. Приходится отделить свойство поверхности от свойства освещения, а в свет, пришедший в глаз, они попадают смешанными.

Получается, что вход изменился, а объект, который вы видите, не обязан меняться вместе с ним. Почему?

До ответа нам придётся пройти несколько ступеней, и начнём с самой безопасной.

* * *

Человеческий глаз реагирует на узкую полосу электромагнитного излучения. В справочниках по физиологии обычно называют диапазон примерно от 400 до 700 нанометров. Это ориентир, а не забор: точные пороги зависят от яркости, условий наблюдения и самого наблюдателя. Но общий смысл ясен. Радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолет, рентген проходят сквозь комнату, в которой вы сидите, или отражаются от её стен, и ни один из этих сигналов не становится для вас светом.

Со слухом похожая история. Молодой человек с нормальным слухом слышит звуки приблизительно от 20 герц до 20 килогерц. С возрастом верхняя граница обычно опускается. Есть звуки, которые в комнате присутствуют физически, но не присутствуют для вас.

У других животных эти границы проходят иначе. Многие виды видят в ультрафиолете. Способность эта широко распространена и используется для ориентации, поиска пищи и общения с сородичами. Узоры на цветках и оперении, невидимые для нас, для них могут быть вполне заметны. Некоторые рыбы и отдельные водные млекопитающие обладают электрорецепцией, то есть воспринимают слабые электрические поля. У человека такого канала нет вовсе. Дело не в том, что он у нас плохо развит: его просто нет, и мы не можем даже вообразить, каким было бы такое ощущение.

Простую вещь, которая из этого следует, удобно запомнить в виде сцены. В одной физической комнате могут находиться человек, птица и рыба в аквариуме. Мир в этой комнате один. Набор сигналов, которые каждому из них непосредственно доступны, разный.

Здесь велик соблазн сказать эффектную фразу: «Человек воспринимает лишь один процент реальности», или одну десятую процента, или ещё меньше, в зависимости от смелости автора. Такие цифры гуляют по интернету, и у них одна общая беда. Для процента нужен знаменатель. Чему равна «вся реальность», если её выразить в тех же единицах, что и видимый свет? Электромагнитный спектр не исчерпывает мир, а звук, давление, химия и гравитация измеряются в совершенно других величинах. Сложить их в одну шкалу и отрезать от неё человеческий кусочек невозможно. Точная формулировка звучит скромнее: органы чувств человека регистрируют ограниченные диапазоны и типы физических сигналов.

Второй соблазн тоньше. Раз птица видит ультрафиолет, а мы нет, значит, птица видит мир «правильнее»? Нет. Другой набор рецепторов даёт другой доступ к информации, но не более истинную картину вообще. У птицы свои ограничения, у рыбы свои. Никто из них не смотрит на мир из точки, где ограничений нет.

* * *

Теперь я должен сам себе возразить, и лучше сделать это раньше, чем это сделает читатель.

Всё сказанное выше ничего не доказывает о том, как работает восприятие. Можно быть устройством с узким диапазоном и при этом без всякой обработки передавать то, что в этот диапазон попало. Фотоаппарат тоже не видит ультрафиолета, и никто не называет его творцом собственного мира. Ограниченность входа — это одно утверждение. Активная обработка входа — совсем другое.

Сенсорные пределы говорят нам только о том, что окно узкое. Стекло в нём при этом может быть идеально прозрачным.

Чтобы двигаться дальше, нужен случай другого рода. Такой, где проблема лежит не за краем нашего диапазона, а прямо внутри привычного зрения. Один такой случай у нас уже есть.

* * *

В прологе вы нашли своё слепое пятно. Напомню коротко, что там происходит. Волокна зрительного нерва собираются со всей сетчатки и выходят из глаза через одно место, диск зрительного нерва. Фоторецепторов, палочек и колбочек, в этом месте нет. Соответствующий участок поля зрения лежит примерно в пятнадцати–двадцати градусах от точки фиксации, в височной половине поля каждого глаза. Его размер и форма у разных людей различаются, а граница, как показали измерения 2023 года, не резкая: между зоной уверенной видимости и зоной невидимости есть переходная полоса.

Когда оба глаза открыты, слепое пятно одного глаза во многом прикрыто информацией от другого. Это существенная часть объяснения того, почему в обычной жизни мы о нём не знаем. Но вы уже проверили: при одном открытом глазе на месте исчезнувшей точки видна не темнота, а бумага.

Это отличается от ультрафиолета принципиально. Ультрафиолет находится за пределами диапазона, и мы о нём не знаем, потому что сигнала нет и переживания нет. Со слепым пятном иначе. Сигнала нет, а переживание есть, и это переживание непрерывного листа.

Вот тут и появляется самая популярная фраза во всём этом разговоре.

* * *

«Мозг дорисовывает». Или «достраивает», или «заполняет». Фраза хороша тем, что сразу создаёт картинку: где-то внутри есть экран, на экране есть дырка, и некая кисточка заливает её цветом окружающего фона. Всё понятно, наглядно, и остаётся только восхититься ловкостью мозга.

К сожалению, почти каждое слово в этой картинке требует оговорки.

Начнём с того, что в науке о восприятии есть термин «перцептивное заполнение» (perceptual filling-in). Им называют целое семейство явлений, в которых человек переживает некоторый признак, цвет, яркость, текстуру или даже движение, в той области, где соответствующей локальной информации нет или её недостаточно. Слепое пятно лишь один из примеров. Похожие эффекты возникают у людей с участками повреждённой сетчатки или зрительных путей, так называемыми скотомами. Возникают при искусственно созданных «дырах» в изображении. Возникают, когда изображение неподвижно зафиксировано на сетчатке: если с помощью специальной техники погасить мелкие непроизвольные движения глаза, неизменные детали сцены постепенно блёкнут и пропадают, а их место занимает окружающий фон.

В 2011 году нейробиологи Вейл и Рис предложили навести порядок в этом зоопарке и разобрали, чем отличаются друг от друга разные формы заполнения. Их главный вывод неудобен для любителей простых объяснений. Эти явления неоднородны. Нет оснований считать, что за всеми ними стоит один механизм, одна кисточка для всех дыр.

Дальше. Если говорить о слепом пятне, то даже слово «заполнение» спорно в своём прямом смысле. Ещё в 1995 году Фрэнк Дёрджин с коллегами опубликовал работу с характерным названием, которое можно перевести как «О заполнении слепого пятна: несколько практических правил». В ней они показали, что часть эффектов, которые приписывали активному раннему заполнению, можно объяснить иначе, без предположения, что где-то в ранних зрительных областях мозга буквально появляется недостающая картинка. Например, как завершение формы, которое не требует ощущения видимого признака в данной точке. Похожим образом мы понимаем, что стол продолжается под лежащей на нём книгой, хотя вовсе не видим эту часть стола.

Есть и прямая проверка одной из самых наглядных гипотез. Можно предположить, что в зрительной коре участок, соответствующий слепому пятну, как бы «сшит»: соседние области коры сдвинуты друг к другу, и дыры в карте просто нет. В 2005 году группа Фрэнка Тонга проверила эту идею с помощью функциональной МРТ. Простой вариант такого пассивного «сшивания» в ранних зрительных областях подтверждения не получил.

Значит ли это, что на месте слепого пятна мозг вообще ничего не делает? Тоже нет. В опытах на макаках, у которых слепое пятно устроено сходным образом, в первичной зрительной коре нашли нейроны в представительстве слепого пятна, которые реагировали на крупные стимулы, пересекающие его область. Это аргумент против другой крайности, против идеи, будто система просто игнорирует пробел и никаких активных процессов там нет. Но и этот результат получен на животных, в определённой постановке опыта, и он не доказывает универсальной «заливки пикселей».

Есть и ещё более радикальная позиция, и её стоит выслушать. Может быть, само слово «заполнение» нас путает? Оно заставляет думать, что на месте пробела что-то делается. А если система просто не кодирует отсутствие информации как особый признак? Тогда заполнять нечего: нет сигнала «здесь дыра», значит, нет и дыры в опыте, и никакой работы для этого не требуется. Возражение серьёзное. На него пока можно ответить только умеренно. Версия «там вообще ничего активного не происходит» плохо сходится с частью нейрофизиологических данных. Но и само переживание непрерывного листа не требует, чтобы где-то в голове лежала буквальная нейронная краска.

Картина выходит неряшливее, чем хотелось бы. Есть переживание непрерывности, в нём никто не сомневается. Есть несколько возможных механизмов, работающих на разных уровнях и в разных условиях. И есть явная ошибка в образе внутреннего экрана с дыркой, которую кто-то закрашивает.

Фраза «мозг дорисовывает» годится в быту, если держать в уме её ограниченность. Как научное описание она почти бесполезна: механизмов несколько, и буквального закрашивания внутренних пикселей никто не показал.

* * *

И всё-таки из этой истории можно вынести что-то надёжное.

В науке о восприятии полезно различать два смысла слова «заполнение». Первый касается переживания: человек видит сплошной цвет или сплошную поверхность там, где локального входа нет. Второй касается нейронов: в какой-то карте мозга существует активность, которая пространственно соответствует «заполненному» участку. Первое для многих явлений установлено хорошо. Второе зависит от конкретного явления, уровня обработки и метода, которым измеряют.

Получается интересное разделение. Переживаемое наличие признака и локальное наличие сигнала для этого признака — разные вещи. В слепом пятне свойство «здесь белая бумага» присутствует в опыте, хотя соответствующий локальный вход отсутствует. Механизм может оказаться каким угодно, от активной нейронной реконструкции до того, что система попросту не отмечает отсутствие данных как отдельный признак. Сам факт расхождения от этого не исчезает.

Отсюда недалеко до тезиса «большая часть того, что мы видим, выдумана». Этого я утверждать не буду. Слепое пятно небольшое, заполнение происходит в специфических условиях, и из маленькой дыры нельзя вывести, что вокруг неё сплошь фантазия. Можно утверждать более узкую вещь. Зрение не обязано хранить копию каждого участка мира, чтобы давать нам устойчивый мир.

Слепое пятно, впрочем, случай особый. Это место, где входа нет совсем. В обычной жизни зрению приходится решать другую задачу, куда более частую и, как ни странно, более трудную.

* * *

Вернёмся к белому листу.

В слепом пятне проблема в том, что от объекта не приходит ничего. С листом на подоконнике и под лампой проблема противоположная: от объекта приходит очень много, но это «много» всё время меняется. Лист не меняется, а свет, который он отражает в глаз, меняется постоянно. Утром и вечером, у окна и в глубине комнаты, под облаком и под солнцем.

Что в такой ситуации должно оставаться постоянным в восприятии? Сигнал или предмет?

Если бы зрение работало как измерительный прибор, который сообщает, сколько и какого света пришло из данной точки, оно должно было бы честно показывать нам жёлтый лист под лампой и голубоватый у окна. Прибор был бы точен. Только пользоваться им было бы неудобно: пришлось бы постоянно пересчитывать в уме, какого цвета предметы «на самом деле», чтобы узнать спелый плод, знакомое лицо, свою чашку на столе.

Посмотрим, что делает зрение в действительности.

* * *

Свет, приходящий в глаз от какой-либо поверхности, зависит сразу от нескольких вещей: от спектра освещения, от того, как поверхность отражает разные длины волн, от её наклона, от теней и от света, который отражается на неё от соседних поверхностей. В глаз всё это приходит одним смешанным сигналом. Никакой отдельной переменной с надписью «истинный цвет предмета» в этом сигнале нет. Её можно только оценить, пользуясь информацией из всей сцены.

Цвет, который мы видим, действительно зависит не от одного локального участка спектра. Он зависит от окружения, от того, что находится рядом, от того, что было перед глазами секунду назад, от того, воспринимаем ли мы этот участок как часть объекта и из какого он материала. Исследователи цвета Кристоф Витцель и Карл Гегенфуртнер в большом обзоре 2018 года описывают цветовое восприятие как тесно связанное с объектами, материалами и константностью. Свет, пришедший от точки, не исчерпывает цвета, который человек в этой точке видит.

Цветовой константностью называют как раз эту тенденцию: воспринимать цвет поверхности относительно устойчивым, хотя состав освещения меняется. Важно слово «относительно». Дэвид Фостер в обзорной работе 2011 года, собравшей поведенческие, вычислительные и физиологические данные, подчёркивает, что константность — вопрос степени. Она не бывает абсолютной, а насколько она высока, зависит от условий и от того, какие подсказки есть в сцене. В бедной лабораторной обстановке, где на тёмном экране висит одинокое цветное пятно, константность заметно снижается. В богатой сцене она сильнее.

Насколько сильной она может быть в жизни? Долгое время ответ на этот вопрос получали в искусственных условиях: испытуемые смотрели на экраны, на картинки, на наборы цветных бумажек. В 2024 году Гегенфуртнер вместе с Дэвидом Вайсом и Мариной Блой проверил константность в обстановке, куда более похожей на обычную жизнь: с реальными объектами, при реальном изменении освещения и с естественной задачей. Константность оказалась очень высокой, близкой к пределу, который задаёт сама цветовая память. Проще говоря, ошибки при смене освещения были сопоставимы с теми, которые неизбежны, когда цвет просто приходится удерживать в памяти.