Известный пример влияния предшествующих представлений на восприятие – оптическая иллюзия под названием «треугольник Канижи». Человек, смотрящий на это изображение впервые, видит белый треугольник, частично перекрывающий три черных круга, а под ним еще один треугольник, перевернутый. Смотрящему может даже показаться, что он четко различает контур верхнего треугольника. Но это не более чем иллюзия, создаваемая мозгом. Эту иллюзию можно ненадолго развеять, если сосредоточить взгляд на кругах. Постарайтесь увидеть в них не круги, а круговую диаграмму (а если возраст позволяет, Пакмана). Это непросто. Белый треугольник все время отвоевывает ускользающее главенствующее положение в нашем восприятии.
Треугольник Канижи и сфера Идесавы
Еще более мощная иллюзия – сфера Идесавы. Она словно вырывается из плоскости страницы, создавая впечатление, что мы смотрим на объемный шипастый шар. Избавиться от иллюзии полностью способа нет.
Распространенное объяснение этим иллюзиям дает гештальт-психология, сложившаяся в начале XX столетия. В переводе с немецкого Gestalt означает «форма» или «очертания». Представители этого направления полагали, что человеческое восприятие – это преимущественно нисходящий процесс наложения формы на образ в целом. Эта концепция спорила со своей предшественницей – назовем ее восходящей, – представлявшей восприятие прямым процессом сборки низкоуровневых зрительных элементов, таких как линии, формы, цвета, в совокупность, существующую только перед мысленным взором.
Спотыкается гештальт-концепция на том, что для достраивания скудных входных данных зрительной иллюзии до треугольников и сфер об этих геометрических фигурах нужно знать. Иначе говоря, мы не увидим того, о чем не знаем. На этом же месте буксует и соперничающая с гештальт-концепцией восходящая теория. Как мозг выстраивает репрезентацию объекта – треугольника, сферы, яблока, – если вы пока не знаете, что это? Мир воспринимается нами не как набор примитивных зрительных составляющих, а как сцены, заполненные людьми и предметами.
В XIX в. немецкий физик и физиолог Герман фон Гельмгольц установил, что восприятие в основе своей проблема статистическая. Сосредоточив свои исследования на зрении, он осознал, что объект, на который мы смотрим, определяется не только информацией, поступающей от глаз. Мозгу приходится решать обратную задачу: если на сетчатку попадает вот такой поток фотонов, каков его наиболее вероятный источник?
Допустим, вы видите человека, стоящего в конце коридора. Он выглядит довольно высоким. Вы можете сделать из этого два совершенно разных вывода. Первый: человек действительно высокого роста. Второй: рост у него средний, просто он стоит близко к вам. Как выбрать правильный вариант? В реальном мире у вас, как правило, будет множество других зрительных сигналов, позволяющих оценить расстояние до человека. Но в конце концов вам все равно придется сделать обоснованное предположение, исходя из сравнительной вероятности встретить высокого человека и человека среднего роста.
Математическое правило, описывающее, как это происходит, открыл в XVIII в. английский статистик Томас Байес. Согласно этому правилу, получая новую информацию о событии – например, увидев человека в коридоре, – мы должны на основе этой информации скорректировать свои прежние ожидания. Наглядным примером этого процесса может послужить карточная игра блэкджек. В начале игры с только что перетасованной колодой вероятность набрать 21 очко на двух картах составляет 1 к 20. Но, предположим, первым вам выпал туз. Теперь в колоде остается 16 карт стоимостью по 10 очков, а значит, вероятность вытащить одну из них составляет 16 из 51 оставшейся, то есть примерно 1 к 3. Это и есть байесовское правило: на основании новой информации (появления у вас туза) вы корректируете вероятность определенного исхода.
В начале 2000-х гг. нейробиологи, вплотную занявшись вероятностными теориями восприятия, принялись искать доказательства, что именно так мозг и конструирует воспринимаемое. С тех пор массив доказательств только растет, и концепция байесовского мозга стала самой популярной из теорий восприятия. Ее основная идея заключается в том, что мозг постоянно угадывает апостериорную вероятность – в нашем примере это вероятность, что исходя из определенной совокупности образов, воздействующих на вашу сетчатку, перед вами высокий человек (вероятность называется апостериорной, поскольку возникает после получения новой информации, в противовес изначальной, априорной, вероятности).
Процесс кажется сложным, но на самом деле именно к таким типам математических операций отлично приспособлены нейроны. Байесовский вывод не требует осознанного знания о конкретных вероятностях. Эти вероятности могут кодироваться предшествующим опытом и существовать значительно глубже уровня осознанной осведомленности. Зрительные априорные вероятности – это стимулы, которые, как мы уже говорили, устойчиво связаны с физическими реалиями окружающего мира. К распространенным априорным вероятностям относится, например, тот факт, что свет поступает сверху, и этим знанием мы руководствуемся, определяя, является искривленная поверхность вогнутой или выпуклой. Еще одна распространенная априорная вероятность состоит в том, что движение тени вызвано движением отбрасывающего ее объекта, а не источника света. Имеются даже полученные в ходе исследований свидетельства, что наша зрительная система настроена именно на те пространственные частоты, которые присутствуют в естественных, природных сценах{22}. Это значит, что, столкнувшись с потенциально неоднозначной зрительной информацией, наш мозг, вероятнее всего, истолкует ее в максимальном соответствии с происходящим в природе.
Затененные фигуры воспринимаются как вогнутая (слева) и выпуклая (справа). В действительности фигуры идентичны, но развернуты относительно друг друга на 180°. Возникновению иллюзии способствует априорное предположение мозга, что свет всегда падает сверху
Классическим примером работы зрительных априорных вероятностей может служить иллюзия кратера. В левой из двух представленных выше фигур большинство людей видит кратер (впадину), тогда как правая представляется выпуклой, словно холм, окруженный рвом. Если перевернуть изображение, кратер и холм поменяются местами. Лучшее объяснение механизма этой иллюзии состоит в том, что для нашего мозга свет априори падает сверху.
А теперь смотрите, что получится, если повернуть фигуры на 90°. Воспринимаемое – результат восприятия – будет менее стабильным. Обе фигуры могут казаться как вогнутыми, так и выпуклыми, в зависимости от того, где вы сосредоточите взгляд, но восприятие будет мерцать, представляя их то такими, то другими. Все зависит от того, с какой стороны в представлении мозга падает свет.
Эти иллюзии выявляют две важные особенности байесовского восприятия. Во-первых, его подчиняет себе сильная априорная вероятность (такая, например, как «свет всегда падает сверху»). Слабая априорная вероятность («свет может поступать как слева, так и справа») влияет на результат восприятия сравнительно меньше. Во-вторых, даже когда воспринимаемое мерцает, в каждый отдельный момент мы все равно воспринимаем лишь один вариант. Либо выпуклое, либо вогнутое. Промежуточного не дано. Это значит, что мозг способен одновременно удерживать несколько интерпретаций входных сенсорных сигналов, но в осознанное восприятие поступает только одна. В теории вероятности это называется «победитель получает всё», то есть в итоге мы видим наиболее вероятный результат восприятия, даже если эта его вероятность лишь на крупицу превышает остальные.
Эти зрительные иллюзии известны уже не первое десятилетие, и байесовское объяснение устоялось в изучении восприятия как дежурная доморощенная теория. Но только в последние годы нейронаука обратилась к идее байесовского мозга всерьез. Все упиралось в вопрос: откуда известно, что мозг действительно пользуется байесовской статистикой при формировании результатов восприятия? Ответить на этот вопрос нелегко, поскольку мы не знаем наверняка, как мозг кодирует предшествующее – априорное – знание. Однако, даже если не касаться репрезентации знаний как таковой, выяснить, как мозг кодирует неопределенность, – это уже шаг к ответу. Исследователи в ходе различных экспериментов предъявляли животным простые зрительные образы, варьируя их предсказуемость и фиксируя активность нейронов зрительной коры. Воздействие на такие составляющие, как контрастность (чем она выше, тем четче изображение) или шум (чем выше шум, тем ниже четкость), вызывали заметные изменения в активности зрительных нейронов. Чем больше расплывалось изображение, тем вариативнее делался отклик нейронов{23}. Судя по всему, различные трактовки поступающей информации прокручиваются уже на уровне нейронов. Чем менее определенны входящие данные, тем больше вероятных вариантов приходится просчитывать.
