Расплетая радугу. Наука, заблуждения и тяга к чудесам

На практике экономия достигается изящным механизмом, известным как «латеральное торможение». Вот упрощенная версия этого принципа, использующая нашу аналогию с экраном из фотоэлементов. Каждый фотоэлемент соединен длинным проводом с центральным компьютером (мозгом), а также короткими проводами со своими непосредственными соседями по экрану. Короткие соединения с соседями тормозят их, то есть, понижают их частоту срабатываний. Нетрудно понять, что максимальная частота срабатывания поступит только от клеток, которые лежат по краям, поскольку их тормозят только с одной стороны. Латеральное торможение подобного рода распространено среди низкоуровневых элементов глаз позвоночных и беспозвоночных.

Еще раз, можно сказать, что мозг конструирует виртуальный мир, который более полон, чем картина, переданная ему чувствами. Информация, которой чувства снабжают мозг, является главным образом информацией о границах. Но модель в мозге может реконструировать части между границами. Как и в случае с разрывами во времени, экономия достигается устранением — а позже реконструкцией в мозге — избыточности. Эта экономия возможна только потому, что в мире существуют однородные участки. Если бы цвета и оттенки в мире были беспорядочно рассеяны вокруг, экономное восстановление было бы невозможно.

Другой вид избыточности вызван фактом, что многие линии в реальном мире являются прямыми или плавно, и поэтому предсказуемо (или математически реконструируемо), изогнутыми. Если концы линии определены, середина может быть дорисована, используя простое правило, которое мозг уже «знает». Среди нервных клеток, которые были обнаружены в мозгу млекопитающих, есть так называемые «детекторы линий», нейроны, возбуждающиеся всякий раз, когда прямая линия, проведенная в определенном направлении, попадает на определенное место в сетчатке, так называемое «поле сетчатки» мозговых клеток. У каждой из этих клеток-детекторов линий есть свое собственное предпочтительное направление. В мозге кота есть только два предпочтительных направления, горизонтальное и вертикальное, с приблизительно равным количеством клеток, предпочитающих каждое направление; однако у обезьян представлены и другие углы. С точки зрения избыточности здесь происходит следующие. В сетчатке все клетки вдоль прямой линии активизируются, и большинство их импульсов избыточны. Нервная система экономит, используя единственную клетку, чтобы зафиксировать линию, отмеченную ее углом. Прямые линии экономно определены их положением и направлением, или их концами, а не значением освещенности каждой точки на их протяжении. Мозг повторно сплетает виртуальную линию, вдоль которой реконструирует точки.

Однако, если часть картины внезапно отделяется от остального и начинает ползать по фону, это является новостью, и о ней должно быть сигнализировано. Биологи действительно обнаружили нервные клетки, молчащие, пока что-то не начинает двигаться на неподвижном фоне. Эти клетки не реагируют, когда перемещается вся картина — что соответствовало бы чему-то вроде кажущегося движения, которое животное будет наблюдать, когда движется само. Но движение маленького объекта на неподвижном фоне богато информацией, и есть нервные клетки, настроенные, чтобы его замечать. Самые известные из них — так называемые «детекторы жучков», обнаруженные у лягушек Летвином (тот, чья была бабушка) и его коллегами. Детектор жучков — клетка, видимо слепая ко всему, кроме движения маленьких объектов по фону. Как только насекомое перемещается в поле зрения, охватываемое детектором жучков, клетка тут же начинает массированную передачу сигналов, и язык лягушки, вероятно, будет выброшен, чтобы поймать насекомое. Для достаточно сложной нервной системы, однако, даже движение жучка избыточно, если это — движение в прямой линии. Как только вам сообщили, что жучок движется неуклонно в северном направлении, вы можете полагать, что он продолжит перемещаться в этом направлении до следующего уведомления. Продолжив эту логику на шаг далее, мы должны ожидать, что обнаружим в мозге клетки-детекторы движения более высокого порядка, особо чувствительные к изменениям в движении, скажем, к изменениям направления или скорости. Летвин и его коллеги нашли клетку, которая, похоже, делает это, опять же у лягушки. В своей работе «Сенсорная коммуникация» (1961) они так описывают один эксперимент: