Слепая физиология. Удивительная книга про зрение и слух

Системы восприятия и действия сообщают нам совершенно разную информацию об одном и том же объекте[124]. При помощи системы восприятия мы можем распознать объект – например, стул или чашку с кофе – любого размера и под любым углом. В высших зонах канала восприятия есть нейроны, которые реагируют на объект вне зависимости от того, под каким углом, насколько крупно и где именно в поле зрения мы его видим. Без этих нейронов большинство предметов становились бы для нас совершенно неузнаваемыми каждый раз, когда мы поворачивали бы голову и смотрели бы на них под новым углом. Однако для системы действия очень важно, под каким углом мы смотрим на предмет. Чтобы взять предмет, мы должны знать, где он находится. Возможно, именно поэтому у нас есть две зрительные системы: одна для того, чтобы узнавать людей, предметы и места, а другая – чтобы взаимодействовать с ними.

Я задумалась о разнице между нашими системами восприятия и действия, когда Лиам написал мне о своих проблемах с тем, чтобы подобрать подходящие крышки для одноразовых стаканчиков. В кофейне или столовой ему было сложно понять, какого размера крышка нужна для его стаканчика: это была задача для его системы восприятия, и она с трудом с ней справлялась. Однако, когда он уже выбрал крышку, его ладонь раскрывалась ровно настолько, чтобы он мог взять и поднять ее – а это уже задачи для его системы действия. Когда мы с Лиамом и Синди отправились в «Уолмарт» в 2014 году, Синди отметила, что Лиам не воспринимал длину: он не чувствовал разницу между пятью и пятнадцатью сантиметрами. Лиам согласно кивнул. Однако в тот же день Лиам починил пробитую камеру на велосипеде, который Синди привезла для меня из дома, для чего Лиаму нужно было снять шину монтажными лопатками и заменить камеру. Лиам справился с этим так быстро и легко, что я не успела разобрать, что именно он сделал. Даже если его система восприятия путает длины и размеры, его система действия знает, как работать с габаритами инструментов и запчастей.

Младенцы уже в четыре месяца демонстрируют впечатляющее умение точно тянуться за движущимися предметами. Дети вытягивают ручки, чтобы поймать движущийся предмет, не туда, где они его видят в данный момент, а туда, где он будет, когда они протянут руку. Другими словами, они могут предсказать траекторию движения предмета[125].

Наше умение замечать и хватать движущиеся объекты филогенетически может быть древнее, чем наше умение детально видеть предметы. Я вспомнила об этом, когда разводила лягушек – наших сородичей-позвоночных. Когда мимо глаз лягушки пролетает муха, лягушка выбрасывает язык, чтобы поймать ее, но если муха сидит неподвижно, лягушка на нее не среагирует: лягушки определяют как еду только движущиеся объекты. Если у меня не было живых сверчков или мучных червей, я кормила лягушек кормом для собак – но я не могла просто оставить корм на блюдечке: мне приходилось цеплять влажный комок корма на нитку и махать им перед носом у лягушки, поскольку лягушка реагировала на корм только тогда, когда он двигался. Умение регистрировать движение объектов для взаимодействия с ними является фундаментальным и для лягушек, и для людей.

Более того, умеренная физическая активность может улучшить наше зрение. Исследование на мышах, которых отправили бегать на тренажере, показало: локомоция увеличивает скорость и точность работы нейронов зрительной коры, отвечающих за различение зрительных стимулов[126]. В других исследованиях было показано, что умеренные физические нагрузки повышают чувствительность зрительной коры у людей[127]. Физические упражнения также повышают пластичность зрительной системы, то есть способность менять нейронные контуры в ответ на новый опыт[128]. Когда Лиам бежал за движущимся мячом, он тем самым использовал отличный метод улучшения зрения.

Движение помогает и тем детям и молодым людям, которые обрели зрение в рамках индийского проекта Пракаш, основанного профессором Массачусетского технологического института доктором Паваном Синхой для помощи людям с излечимыми формами слепоты. Многие пациенты проекта родились с плотной катарактой на обоих глазах, из-за чего они почти ничего не видели – только общий рисунок света и тени. В таких случаях зрение можно восстановить, удалив мутный хрусталик и установив вместо него интраокулярную линзу. Такую операцию лучше проводить в первые месяцы жизни, однако многие в Индии или слишком бедны для такой операции, или живут в слишком удаленных деревнях. Доктор Синха совместно с группой офтальмологов и оптометристов разбивал в индийских деревнях лагеря для обследований, искал детей и молодых людей с излечимыми формами слепоты и организовывал для них лечение и послеоперационное восстановление. Они сильно рисковали, поскольку многие ученые и врачи считали, что слепоту можно лечить только в конкретный критически важный период развития, который завершается к восьми годам или даже раньше: после этого, как считалось, мозгу уже не хватает пластичности, чтобы справиться с потоком новой зрительной информации. Тем не менее, хотя многие пациенты проекта Пракаш были старше восьми лет, результаты их восстановления превзошли все ожидания. Когда они впервые видели мир, то они обнаруживали перед собой только цветные пятна, которые не собирались в понятные предметы – точно так же поначалу видел и Лиам. Однако если предмет двигался, то все его детали двигались как единое целое, и тогда пациенты могли связать все их воедино и различить предмет на неподвижном фоне. Пациенты проекта Пракаш в первую очередь видели либо те объекты, которые двигались сами, либо те объекты, которые перемещали другие люди: чаще всего это были животные, машины и бутылки[129]. Для Лиама, для пациентов проекта Пракаш, да и вообще для всех нас движение – это лучший способ развития зрительных навыков.

Глава 7. Движение в потоке

Когда мы с Лиамом катались на велосипедах по Сент-Луису, он ехал быстрее меня. Я успевала за ним только потому, что на каждом перекрестке он останавливался и внимательно осматривался по сторонам. Я тоже не люблю маневрировать в потоке машин, но некоторые улицы были такими широкими, открытыми и тихими, что я могла контролировать движение окружающих машин на ходу, не останавливаясь. Когда мы подъехали к узкой арке, Лиам проехал сквозь нее на полной скорости, но я этого сделать не могла; он умел и заезжать на бордюры, и съезжать с них, тогда как мне приходилось останавливаться, слезать с велосипеда и катить его рядом с собой. Лиам шутил, что он просто не замечает бордюры. Возможно, он и правда не видел их и поэтому ехал по ним без страха, но я думаю, что у него просто хорошее чувство равновесия. В конечном счете мы приехали в Форест-Парк и поехали по широким дорожкам, пока не добрались до медицинского центра в Университете Вашингтона, где Лиам учился. Когда Лиам ехал по тихим, пустым улицам и дорожкам, он чувствовал себя на велосипеде уверенно.

Вскоре после операций Лиам обнаружил, что в движении ему проще интерпретировать зрительную информацию. Если он раскачивался вперед-назад, то по движению предметов в его поле зрения он мог понять, где они находятся: ближайшие к нему объекты зрительно двигались быстрее и в направлении, обратном направлению его движения, тогда как дальние объекты зрительно двигались медленнее и в том же направлении, что и он. Этот феномен – параллакс движения – дает нам очень важную информацию о том, где в пространстве располагаются разные объекты. У младенцев чувствительность к глубине пространства, основанная на параллаксе движения, развивается к 12–16 неделям, и такое раннее развитие навыка логично с точки зрения восприятия окружающей среды[130]. Такая информация о целостности объекта и его расположении в пространстве намного более надежна, нежели данные о его цвете или текстуре. Один объект может обладать разными цветами или текстурами, но он в любом случае будет двигаться в пространстве как единое целое.

Чтобы стоять прямо, мы опираемся на зрение, вестибулярную систему (органы равновесия в нашем внутреннем ухе) и проприоцепцию (ощущения о положении наших мышц, сухожилий и суставов). Зрение при этом играет важнейшую роль: сравните, сколько вы сможете простоять на одной ноге с открытыми глазами и с закрытыми. Однако Лиам выработал прекрасное чувство равновесия невзирая на то, что еще с детства у него было плохое зрение. Даже до установки интраокулярных линз он обожал кататься на сноуборде. При таких обстоятельствах резкое улучшение остроты зрения могло ухудшить его чувство равновесия, а не улучшить его, – но Лиам быстро адаптировался. «Мы достаточно быстро едем?» – спросил он меня. На его велосипеде стоял спидометр, и он показывал скорость 13 км/ч. Для меня это была комфортная скорость, но Лиам обычно ездил на скорости 16 км/ч, а если опаздывал – 24 км/ч. Это очень впечатляло, поскольку, когда мы едем на велосипеде (или идем пешком, или едем на машине), нам кажется, что мир вокруг нас постоянно находится в движении, хотя на самом деле он остается на месте. Если мы движемся вперед, глядя прямо перед собой, окружающие объекты по обеим сторонам от нас движутся назад. Поверните голову и глаза по часовой стрелке, и мир двинется против часовой стрелки. Поднимите глаза вверх, и мир поползет вниз. Этот феномен называется оптическим потоком, и он помогает нам решить одну важную зрительную задачу. Когда мы стоим на месте, но объект находится в движении, его изображение движется по нашей сетчатке, но когда мы движемся, а объект стоит на месте, его изображение тоже движется по нашей сетчатке: как же тогда понять, кто движется – мы или этот объект? Этот вопрос нам помогают решить рецепторы нашего внутреннего уха, суставов и мышц, но оптический поток также играет при этом важную роль. Когда мы движемся, это значит не только то, что изображения объектов перемещаются по нашей сетчатке; вместе с нами движется и весь мир, – как объекты, так и фон – и это всеобщее движение помогает нам понять, что в движении находимся мы сами, а не отдельные объекты.

Психолог Джеймс Гибсон понял важность этого явления и дал ему название. Во время Второй мировой войны он получил задание определить, какими навыками обладает хороший пилот. Гибсон обнаружил, что во время посадки самолета весь мир в восприятии пилота пролетает мимо него[131]. Когда пилот готовится к посадке, он удерживает взгляд на середине взлетно-посадочной полосы, из-за чего мир по обе стороны полосы в его восприятии надвигается на него и расширяется. Когда вы едете на машине вниз по автостраде, дорожные знаки по обе стороны дороги расступаются, и по скорости их приближения вы можете определить свою собственную скорость. В кино этот эффект используют постоянно. Например, в сценах погони мы видим происходящее из окна стремительно летящей машины, и нам кажется, что мир проносится мимо, а когда машина разворачивается, оптический поток меняется, и мы чувствуем, что движемся в другом направлении.

До установки интраокулярных линз Лиам жил в зрительном коконе диаметром не больше метра: из-за этого в движении он не видел, что происходит на периферии зрения, и как следствие – не замечал и то, что мир проплывает мимо него. Восстанавливаясь после первой операции, Лиам попытался встать, но тут же упал. Его оптометрист, доктор Джеймс Хойкель, объяснил ему, что в двояковогнутых линзах его старых очков все казалось ему мельче, чем на самом деле. Без очков и с новыми интраокулярными линзами все становилось крупнее, как будто объекты надвигаются на него: естественно, первой его реакцией было отклониться назад, и из-за этого он потерял равновесие. Кроме того, когда мы поднимаемся со стула, мы движемся вперед, из-за чего мир с обеих сторон в нашем восприятии движется назад. Поскольку периферическое зрение Лиама значительно улучшилось, этот эффект был для него намного заметнее – и, возможно, из-за этого он отшатнулся и потерял равновесие. То, что Лиам, получив зрение, сумел быстро восстановить чувство равновесия и научиться двигаться, свидетельствует о его невероятной приспособляемости.