Как мы видим то, что видим - Демидов Вячеслав Евгеньевич. Страница 30
Выходит, объединенные в столб нейроны способны отреагировать на любую решетку данного наклона, попавшую на их рецептивное поле сетчатки. Каждый нейрон ответит по-своему, оптимально или не оптимально – это без разницы. В целом сформируется ансамбль ответов, подобный тому, который получался, когда робот анализировал картинку с помощью набора фильтров Фурье и фотоэлементов. Объединенные в модуль, все столбы своими сигналами обозначат решетку любого наклона и любой пространственной частоты.
Целостная картинка, имеющаяся на задней стенке глазного яблока, представлена на уровне затылочной коры сигналами модулей. Они разбивают эту картинку, превращают в огромное множество фрагментов (по числу полей). И каждый фрагмент, в свою очередь, выглядит внутри модуля ансамблем сигналов – результатом разложения по функциям Фурье.
То есть фрагмент представлен голографически. Точнее, кусочно-голографически, а уж если быть совсем точным – кусочно-квазиголографически. Почему «квази», то есть «как бы»?
– Потому что обычную голограмму непременно связывают с лазерами, когерентным излучением, сплетением опорного и предметного пучков, а здесь ничего этого нет, да и не нужно, – отвечает Глезер, выдвинувший эту гипотезу в 1970 г. – Ибо голография в точном смысле этого понятия есть разложение некоего колебательного процесса в ряд Фурье и запоминание того, что получилось. «Холос» – греческое слово, от которого получился термин, – означает «цельный, целостный». То есть речь идет о полной, во всех деталях, записи информации. Этим зрительный аппарат и занимается.
Проблема целостной записи относится, кстати, не только к зрению, но и физиологии восприятия вообще. Мелодию увертюры к опере «Кармен» человек запоминает не как последовательность звуков, а как некий образ, во всей полноте, так что потом мелодия звучит для него в любой тональности, с любыми вариациями, вплоть до джазовых синкоп, – вот какое широкое обобщение! Почти наверняка можно предположить, что когда доберутся до этой тайны, она окажется связанной с рядами Фурье и квазиголографией...
Ну а насчет зрения – голографический подход объясняет немало. Например, возникновение иллюзий, с чем иные модели зрительной системы плохо справляются.
Вадим Давыдович порылся в бумагах на столе и вытащил фотографию. На ней виднелись светлые пятна на темном фоне.
– Вот это голографическая интерпретация иллюзии Мюллера – Лиера...
Несмотря на мудреное название, иллюзия знакома всем, это линии с «хвостиками»: длина линий одинакова, но «хвостики» направлены у одной наружу, а у другой внутрь, так что в итоге линии кажутся разной длины. Долгое время считали, что глаз ошибается в размерах потому, что скользит от одного края картинки до другого. И если «хвостики» направлены в ту же сторону, что движение, взор «протягивается» по ним, психологически удлиняя размер. Наоборот, встречая противодействующие «хвостики», взор тормозится – линия кажется короче. Эту версию опроверг голографический эксперимент, а перед тем – психологический.
Рис. 48. Четыре голограммы (слева) и то, что они показывают (справа). В кружке иллюзия Мюллера-Лиера
Для психологического эксперимента изображение делали неподвижным относительно глаза: помещали диапозитив в миниатюрную присоску Ярбуса на глазном яблоке. Теперь водить зрачком по линиям возможности нет, а испытуемые все равно видят их иллюзорно разной длины.
Стало ясно, что рождается иллюзия не в глазу как таковом, а гораздо глубже: на уровне коры.
Голографический эксперимент заключался в том, что картинку с иллюзией Мюллера – Лиера превращали в голограмму, а потом выбрасывали из нее высокочастотные члены разложения Фурье. После этого восстановленное (и несколько менее четкое, естественно) изображение было именно таким, каким оно кажется: иллюзорно большая линия выглядит на голограмме действительно более длинной, нежели та, у которой «хвостики» вовнутрь.
Точно так же был вскрыт голографический механизм иллюзии «птичек» – разбросанных по листу бумаги равносторонних треугольников (они слева вверху на этой картинке).
Рис. 49. Голографический механизм иллюзии «птичек»
«Птички» летят, когда на них смотришь, то в одну сторону, то в другую, то в третью... Причина их своенравного поведения в том, что зрительный аппарат каждый раз использует не весь «мозговой фильтр Фурье», а только какую-то его часть.
Этот эффект великолепно демонстрирует ЭВМ: она показывает на экране телевизора «полет птичек» в любом направлении (нижний ряд). Для этого компьютер смотрит на треугольнички через Фурье-фильтр (справа вверху), соответственно синтезированный компьютером, но выбирает то одну часть фильтра, то другую, то третью (см. второй ряд изображений на рисунке справа).
А какой биологический, природный смысл был формировать такую сверхсложную опознающую мозговую систему, как Фурье-анализатор и кусочная квазиголография? Огромный.
Рис. 50. Слева вверху – светлый квадрат, которого нет на самом деле. Справа – линия, которой также нет на самом деле. Причина? Голографическое устройство зрительного аппарата, обеспечивающее анализ текстур
Помните, рассматривая «обманы зрения», мы много говорили о текстурах? А теперь посмотрите вокруг: мир – это мозаика текстур. Но что такое эти текстуры, как не естественные, природой изготовленные решетки?
Все огромное многообразие природных текстур может быть представлено в затылочной коре соответствующим многообразием кодов – ансамблей ответов каждого модуля (паттернов, как для краткости называют такой ансамбль). То есть мозг получает сведения, насколько дробны и упорядочены элементы текстур, насколько и в каком направлении наклонены. Любая картинка оказывается представленной в затылочной коре некоторой мозаикой паттернов – соответственно множеству полей нейронов и множеству модулей коры.
Для каждой картинки, для каждого предмета мозаика оказывается особой. То есть получается мозаика признаков, позволяющих отличать предмет от предмета, пейзаж от пейзажа, лицо от лица...
– Мы назвали эти признаки простыми, – сказал Глезер. – С их помощью можно описать и запомнить любую картинку, от чрезвычайно пестрой до контурной, ведь гладкую поверхность можно рассматривать как выродившуюся «до нуля» текстуру. А математически это означает, что совокупность сигналов модулей выглядит многомерным пространством, и каждое конкретное изображение есть точка в нем.
Чтобы опознать изображение, надо сначала запомнить все признаки, и потом, когда поступит из сетчатки новое изображение, сравнить новые признаки с прежними, записанными в памяти. И если в итоге аппарат сравнения выйдет в прежнюю точку многомерного пространства, можно будет сказать: «Да, это тот же самый предмет». А если нет – нет.
Тут очень к месту вспомнить пульсирующие поля НКТ. Поскольку паттерны модулей затылочной коры опираются на эти поля, ясно, что в начальный момент после каждого саккадического скачка будут работать корковые нейроны, отвечающие лишь на самые низкие пространственные частоты. Только позже, по мере стягивания полей НКТ, станут восприниматься более высокие частоты, описываться все более тонкими составляющими паттернов.
Выходит, при запоминании картинки «точка» в многомерном пространстве простых признаков будет ставиться постепенно: сначала на основании грубых признаков, потом все более мелких. И соответственно опознание совершается после каждого скачка в несколько этапов; от грубого до наиподробнейшего. В этой последовательности – разгадка одного озадачившего всех опыта, произведенного в 1969 г. американскими физиологами.
Они формировали на телеэкране картинку так, что сначала появлялись низкие пространственные частоты (грубые контуры), а потом все более высокие (мелкие подробности). Если промежутки между появлением этих частот были невелики, человек не отличал такое последовательное изображение от обычного, когда все частоты подавались на экран одновременно. Сейчас понятно, почему картинки казались одинаковым: темп появления высоких пространственных частот соответствовал стягиванию полей НКТ, и для зрительного аппарата было безразлично, что высокочастотные составляющие пришли в мозг чуть позже низкочастотных.