Уже на первой ступени восприятия - в сетчатке - мы обнаруживаем нервные механизмы, реагирующие на особые паттерны с различными временными и пространственными характеристиками. В очень интересной статье "Что глаз лягушки рассказывает мозгу лягушки" Леттвин, Матурана, Маккаллох и Питтс определяют несколько специфических механизмов, реагирующих на различные паттерны. Глаз выделяет движение (объектов), изменение освещенности и то, что можно назвать "степенью округленности". Появление маленькой черной тени вызывает сильную импульсацию; в ответ пробуждается рефлекс ловли. Этот рефлекс подобен выстрелу, который происходит при нажиме на спусковой крючок: лягушка выбрасывает язык в направлении "мухи" мгновенно - время не тратится ни на какую "переработку зрительной информации" мозгом. Кстати, мозг лягушки получает от глаз очень немного информации о паттернах. Вообще с развитием мозга в процессе эволюции строение глаз становится проще и в то же время от них поступает в мозг все больше информации. Ретина - не просто слой светочувствительных клеток, это также "вспомогательная вычислительная машина", в которой происходит предварительная переработка информации - подготовка к мозговой работе. Что же касается жизненно важной информации, например о движении, то она от сетчатки передается непосредственно к органам движения; это особенно характерно для хорошо развитых глаз (например, глаз кролика); очень вероятно, что то же самое есть и у человека.
Лет десять назад два американских нейрофизиолога- Д. Хьюбель и Т. Визель - сделали поистине основополагающее открытие. Они обнаружили, что различные зрительные сигналы, соответствующие разным паттернам стимуляции, вызывают реакцию различных клеток мозга. Это открытие было сделано с помощью микроэлектродов, введенных в зрительную зону коры головного мозга (в так называемую стриарную зону, расположенную в затылочной части мозга) кошки. Оказалось, что одни клетки реагируют только на движение в каком-то одном, определенном направлении, другие - только на линии, ориентированные определенным образом, третьи - только на ломаную линию. В исследованной части поверхности коры головного мозга распределение активности нервных клеток приблизительно совпадает с пространственным распределением стимуляции на сетчатке - как бы некая грубая "карта" границ электрической активности проецируется из сетчатки на поверхность затылочных зон коры головного мозга, но в глубине коры это пространственное соответствие уже не обнаруживается, и ответом на подробный сетчаточный паттерн является электрическая активность небольшого числа мозговых клеток.
Рис. 12. Один из своих основных экспериментов Д. Хьюбель и Т. Визель провели на одиночных клетках зрительной коры головного мозга кошки. Здесь показана электрическая активность одной клетки, возникающая в ответ на изменения простого зрительного раздражителя - линии, ориентированной под разными углами к горизонтали. Глаз кошки видит линию (серую), и в данной клетке мозга возникают разряды (спайки активности) в зависимости от ориентации этой линии
В одной из следующих работ Хьюбель и Визель показали, что информация о различных паттернах стимуляции скапливается в так называемых колоннах, ориентированных перпендикулярно ясно видимым слоям стриарной зоны. Сами функциональные колонны невидимы глазом и были открыты с помощью тонких методических приемов. По-видимому, колонны представляют собой решение давней проблемы - как связываются в мозге три пространственных измерения, а также цвет, движение и другие предметные характеристики. Прежнее простое представление плоского "картографического" типа оказалось недостаточным, потому что ему не хватало размерностей, отражающих в совокупности нечто большее, чем просто три пространственных измерения внешних объектов, - ведь сам мозг тоже представляет собой трехмерный пространственный объект.
Исходя из электрофизиологических данных, можно предположить, что восприятие строится на основе нервных механизмов, реагирующих на определенные простые формы, на движение, на цвет. Эти параметры связываются в уже известных нам корковых колоннах. Логически это похоже на комбинацию букв, образующих слова: существенные признаки, очевидно, представляют собой перцептивный "язык" мозга. Продолжая аналогию, добавим, что пока еще совершенно не ясно, каким образом нейронные "слова" сочетаются, образуя "предложения", то есть каким образом выходы колонн комбинируются для формирования предметного восприятия. Предположительно можно сказать, что здесь должна быть тесная связь со складами памяти, но что представляют собой эти хранилища, пока не известно. Мы не знаем даже, являются ли таковыми отдельные клетки или память хранится в виде паттернов, вовлекающих большое число клеток; а если верно последнее, то процесс сохранения следов стимуляции должен быть подобен процессу сохранения оптических паттернов при голографии в отличие от запечатления "точки в точку", характерного для обычного процесса фотографирования.