Как мы видим? Нейробиология зрительного восприятия

Участки распознавания лиц в задней и центральной частях височной коры, по всей видимости, компонуют выделенные признаки лица в простую репрезентацию – своего рода «протолицо». Эксперименты Цао и ее коллег показали, что эти признаки предположительно являются относительно простыми, например, такими как соотношение высоты и ширины лица, расстояние между глазами и т. д. Еще раз повторю, что пиксели в изображении лица расположены не случайным образом. Два темных пятна, соответствующих ноздрям, обычно идут парой, а ниже них находится линия пикселей, соответствующая рту. Отдельные элементы лица связаны между собой в реальном мире – и становятся связанными в мозге в виде клеточного ансамбля.

Нейроны в указанных участках чувствительны к изображениям реальных биологических лиц, но их легко обмануть символическими лицами – овалами с двумя точками вместо глаз и короткими прямыми линиями вместо носа и рта. Исследования Цао и ее коллег позволяют сделать вывод, что некоторые находящиеся здесь нейроны могут математически суммировать отдельные компоненты и делать вывод о степени подобия лицу. Играя с различными комбинациями компонентов, они обнаружили, что, например, простое лицо без одного глаза вызывает у таких нейронов менее сильный количественно измеримый ответ, чем такое же лицо с двумя глазами. Но даже эти продвинутые нейроны требуют, чтобы изображение лица попадало в строго определенное место их рецептивного поля – аналогично простым клеткам в зоне V1, которые реагируют только на строго локализованные ориентированные края.

Логично предположить, что задняя и центральная части височной коры поставляют зрительную информацию в следующий нейронный слой – переднюю часть, которая является пространственно-инвариантным распознавателем лиц. Многие нейроны в передних участках допускают относительную свободу в отношении расположения лица в пространстве, а также представляющего его набора пикселей. Механика этого процесса также детально неясна, но можно предположить, что она напоминает происходящее в аналогичных искусственных нейронных сетях. Установлено, что некоторые находящиеся здесь нейроны способны распознавать не только прямое, но и зеркальное изображение лиц в обширном рецептивном поле. Зачем нужно распознавание зеркальных изображений, пока неясно. Правдоподобное предположение состоит в том, что эти клетки могут быть промежуточным скрытым слоем – звеном на пути к достижению полной пространственной инвариантности. И действительно, в самом переднем участке есть такие продвинутые нейроны, которые реагируют на лица независимо от их расположения в пространстве.

Наконец, что еще более примечательно, в близлежащей области коры обнаружены нейроны, реагирующие на конкретные лица. Это означает, что в нашем мозге могут иметься клетки и микросхемы – части клеточных ансамблей, помогающие нам узнавать всех знакомых нам людей: членов семьи, друзей, коллег и т. д. Предположительно выходные данные из пространственно-инвариантной нейронной сети служат входными данными для нейронной сети еще более высокого уровня, которая учится распознавать конкретных людей. Но как эти клетки интегрируются в целостную систему, мы пока можем только гадать[33].

Таким образом, этапы обработки зрительной информации в височной коре можно представить как серию из пяти видов событий. Во-первых, нейронная сеть учится распознавать компоненты лица. Во-вторых, из этих выделенных компонентов лица – глаз, носа, рта и т. д. – собирается простая репрезентация лица. В-третьих, нейроны возбуждаются в ответ на изображение лица, расположенное в определенном месте их рецептивного поля. В-четвертых, некоторые клетки достигают частичной инвариантности к положению лица в пространстве и к углу зрения. В-пятых, нейроны в самом переднем участке распознавания лиц достигают почти полной инвариантности в отношении указанных аспектов. Наконец, у людей близлежащая область – одна из мишеней передней части височной коры – содержит клетки, реагирующие только на небольшой ряд знакомых лиц. Таким образом, складывается впечатление, что главная цель всех этих участков распознавания лиц в том, чтобы поэтапно формировать репрезентации индивидуальных идентичностей – людей или объектов.