Жизнь размыта - но мы так не видим

Наш мозг умеет создавать стабильные изображения, даже когда наши глаза продолжают метаться. Вот что мы знаем о том, как это происходит.

Изображение картины французского художника Жоржа Сёра «Воскресный полдень на острове Ла-Гранд-Жатт». Линии, нарисованные над сценой, взяты из эксперимента, в котором прослеживается, как человеческий глаз дергается, проникая в детали.

Линии, нарисованные на этой знаменитой картине Жоржа Сёра, взяты из эксперимента, в котором прослеживается, как человеческий глаз дергается, проникая в детали сцены.

КРЕДИТ: Р. ВУРЦ / DAEDALUS 2015 / ОБЩЕСТВЕННЫЙ ДОМЕН

Изображение выше, «Воскресный полдень на острове La Grande Jatte», было написано в 1884 году французским художником Жоржем Сёра. Черные линии, пересекающие его, - это не работа малыша, наносящего ущерб постоянным маркером, а работа нейробиолога Роберта Вурца из Национального института глаз в США. Десять лет назад он попросил коллегу взглянуть на картину, надев контактную линзу, похожую на хитрое приспособление, которое фиксировало движения глаз коллеги. Затем они были переведены в граффити, которое вы видите здесь.

Любители искусства могут съежиться, но вполне вероятно, что Seurat был бы заинтригован этим увеличением его работы. Движение Seurat положило начало этой картине - неоимпрессионизму - черпало вдохновение в научном исследовании того, как работает наше видение. Особенно влиятельным было новаторское исследование Германа фон Гельмгольца, немецкого врача, физика и философа и автора оригинальной книги 1867 года «Справочник по физиологической оптике», о том, как мы воспринимаем глубину, цвет и движение.

Один из вопросов, который занимал Гельмгольца и, возможно, Сеурата, заключается в том, почему мы не воспринимаем постоянные движения глаз, которые мы совершаем, когда сканируем свое окружение (или их наглядное представление). Учтите, что линии выше были нарисованы всего за три минуты. Если бы мы видели все эти движения, как мы их делали, наш взгляд на мир был бы размытым постоянным движением. Как объясняют Вюрц и его итальянские коллеги Паола Бинда и Мария Кончетта Морроне в двух статьях в Ежегодном обзоре науки о зрении, мы многое знаем о том, почему этого не происходит, и еще многое предстоит узнать.

через GIPHY

Короткий фильм о том, как саккады делают глаза, в замедленном темпе.

КРЕДИТ: WEEKEND WAY VIA GIPHY

Начиная с основ: единственные вещи, которые мы когда-либо можем надеяться увидеть, это те, которые посылают или отражают свет к нашим глазам, где он может в конечном итоге попасть в сетчатку, слой нервной ткани, который покрывает две трети задней части внутреннего глазного яблока , Там сложное изображение того, на что мы смотрим, сначала транслируется в активность отдельных светочувствительных фоторецепторных клеток. Этот паттерн затем передается различным нейронам сетчатки, которые специфически реагируют на определенные цвета, формы, ориентации, движения или контрасты. Сигналы, которые они производят, передаются в мозг через зрительный нерв, где они интерпретируются и объединяются в прогрессии специализированных областей зрительной коры.

Однако для передачи всей информации, которая достигает нашей сетчатки при разрешении, к которому мы привыкли, потребовался бы зрительный нерв приблизительно с диаметром хобота слона. Так как это было бы довольно громоздко, только одна крошечная область сетчатки - называемая фовеа - обеспечивает такое разрешение. Поэтому для того, чтобы все интересные особенности нашего окружения находились в фовеальном центре внимания, мы много двигаем глазами - в дартс, который ученые называют саккадами. (В переводе с французского означает «рывки», это слово было придумано в 1879 году французским офтальмологом Эмилем Джавалем.) Саккады руководствуются тем, на что мы обращаем внимание, хотя мы часто о них не знаем.
На рисунке показана основная структура глаза, включая ямку, где изображения отображаются в высоком разрешении. Глазные рывки, известные как саккады, позволяют различным частям поля зрения человека перемещаться в линию прямой видимости фовеа.

Эта иллюстрация, показывающая основную структуру глаза, показывает, где расположена ямка - где изображения отображаются в высоком разрешении. Глазные рывки, известные как саккады, позволяют различным частям сцены попадать в поле зрения фовеа.

Существует ряд причин, по которым эти движения не превращают наш взгляд на мир в размытое движение. Одна из них заключается в том, что самые отчетливые вещи в нашем поле зрения могут сделать нас слепыми к другим мимолетным и слабым раздражителям: объекты, которые хорошо видны, когда наши глаза не двигаются, могут произвести более яркое впечатление, чем размытие в между. Ученые называют этот феномен визуальной маскировкой, и считается, что он очень распространен в реальных ситуациях, когда одновременно происходит много всего.

Если ученые ставят эксперименты таким образом, чтобы избежать этой визуальной маскировки, это показывает, что наш мозг может воспринимать менее заметные вещи. Это можно сделать, объясняет Моррон, показывая людям только слабые и недолговечные визуальные стимулы на фоне, который в противном случае был бы пустым. В этих условиях могут произойти удивительные вещи. Когда исследователи создают движение, очень похожее на то, что мы обычно чувствуем, когда делаем саккаду, быстро перемещая зеркало перед глазами людей, эти люди сообщают, что видели движение - и они часто находят его довольно тревожным. Поскольку мы не замечаем наши постоянные саккады, это говорит о том, что мозг специально подавляет сигналы, которые достигают нашей сетчатки, в то время как происходит движение саккадического глаза. И действительно, эксперименты показали, что если что-то появляется во время саккады, мы можем пропустить это полностью.

Но подавление не может адекватно объяснить, почему изображение в нашем уме настолько устойчиво. Если бы мы увидели наше окружение под одним углом, то ничего не увидели, а потом вдруг увидели бы это под другим углом, это все равно могло бы вызвать беспокойство. Вместо этого, как показали Вюрц и другие, своего рода перераспределение происходит еще до того, как мы двигаем глазами. В экспериментах с макаками, которые были обучены делать предсказуемые саккады, клетки мозга, которые получают сигналы от одного конкретного места в сетчатке, переключались с реагирования на то, что сейчас там видно, на то, что появилось бы только после саккады. И это произошло до того, как обезьяны двинулись глазами. Таким образом, считает Вюрц, нынешний образ постепенно заменяется будущим.

Итак, как эти мозговые клетки заранее знают, что саккада уже в пути? В течение многих лет ученые предполагали, что это потребует от них получения дополнительного сигнала от области мозга, которая дает команду для движения глаз. И они показали, что такие сигналы действительно происходят, поступая в области мозга, участвующие в координации того, что мы видим и где мы будем смотреть дальше. Wurtz и другие считают, что этот вид сигнала подталкивает клетки мозга, чтобы начать реагировать на вещи, которые их часть сетчатки увидит только после саккады.
Фотография Жоржа Сёра, исправленная, чтобы показать его глаза, делающие саккады. Как и другие художники своего времени, Seurat интересовался работой визуального восприятия человека.

Жорж Сера, наряду с другими художниками своего времени, интересовался работой зрительного восприятия человека.

КРЕДИТ: WIKIMEDIA COMMONS / ОБЩЕСТВЕННЫЙ ДОМЕН / GIF ПО ЗНАЮЩЕМУ

Все это, скорее всего, будет работать почти так же, как у обезьян. Но если вы спросите людей, что они видят прямо перед саккадой, как это сделали Моррон и Бинда, они не сообщат о постепенной замене одного изображения другим, пока их глаза не пошевелились. Вместо этого все, что они показывают в течение 100-миллисекундного периода, прямо перед саккадой, становится видимым только после ее окончания. Результатом этой задержки является то, что стимулы, появляющиеся в разное время в течение этого короткого периода до того, как саккада, все могут восприниматься одновременно - через 50 миллисекунд после ее окончания.

И если эти стимулы достаточно похожи, они могут восприниматься как слитые воедино, даже когда они были показаны в несколько раз или в разных местах перед движениями глаз. Бинда и Морроне называют это временное окно прямо перед саккадой периодом путаницы. Вещи, которые мы видим, могут буквально смешиваться - слиться воедино - нашим видением, а затем более условно - ошибочно приниматься друг за друга - в наших умах.

В реальной жизни это слияние похожих элементов в пространстве и времени во время саккад может помочь предотвратить путаницу, потому что преемственность помогает нам понять, что вещи, которые мы видели до и после саккады, одинаковы, даже если они двигались или если свет сместился. Таким образом, хотя механизм может показаться очень неаккуратным, Бинда и Морроне считают, что эта небрежность обычно работает в нашу пользу.

Подобный вид желаемой неточности может быть тем, что позволяет нам в первую очередь наслаждаться живописью Серата. Вместо, возможно, более точного восприятия красочных коллекций различных точек, появляется прекрасный воскресный день. Снимаю шляпу перед этим - или, как сказали бы французы: «Шапо!»