Зрение играет в нашей жизни исключительно важную роль. Мир, в котором мы живем, – во многом видимый. Поиски пищи и питья, партнеров и друзей осуществляются при помощи информации, получаемой сетчаткой глаз. Сетчатка поставляет около половины всей сенсорной информации, поступающей в мозг. Если бы у нас не было зрения, не существовало бы и изобразительного искусства, а наше сознание, вероятно, было бы более ограниченным. Так что неудивительно, что биологи, наряду с художниками и философами, а также искусствоведами, психологами и другими учеными, давно интересуются устройством зрения.

У истоков биологических исследований зрительного восприятия стоит Стивен Куффлер – выдающийся ученый, связанный с венской интеллектуальной традицией, современник Эрнста Криса и Эрнста Гомбриха. В 50‑х годах XX века Куффлер и его младшие коллеги Дэвид Хьюбел и Торстен Визель занялись изучением деконструкции образов в ходе обработки мозгом зрительной информации. (Этим же занимались в свое время Крис и Гомбрих.) Куффлер, Хьюбел и Визель изучили реакции нейронов зрительной системы на различные стимулы и подготовили почву для перехода от когнитивной психологии восприятия к его биологическому анализу. Их исследования позволили ответить на ряд принципиальных вопросов. Имеются ли в мозге специфические клетки, ответственные за кодирование базовых фигур, этих “строительных блоков” всех видимых форм? И если да, возникают ли наши представления о видимых формах в результате совокупной активности этих клеток? Где именно осуществляется реконструкция изображений, деконструкция которых происходит на сетчатке?

Рис. 15–1. Упрощенная схема передачи зрительной информации от сетчатки в зрительные отделы таламуса (латеральное коленчатое тело), а затем в зрительную кору.

Обработка зрительной информации начинается на сетчатке и продолжается в латеральном коленчатом теле таламуса и трех десятках зрительных зон коры больших полушарий (рис. 15–1). Куффлер, Хьюбел и Визель показали: наше сознательное восприятие отдельных аспектов видимых образов обеспечивают последовательности сигналов, посылаемых нейронами зрительной системы. Ученые выяснили, что нейроны низших отделов зрительной системы (сетчатки и латерального коленчатого тела) особенно эффективно реагируют на небольшие пятна света. Нейроны следующего передатчика, первичной зрительной коры (V1, где V происходит от английского названия зрительной коры – visual cortex), извлекают из зрительной информации сведения о контурах, очертаниях и углах, после чего все эти элементы объединяются, образуя представления очертаний и базовых фигур. Дальнейшие передатчики зрительной коры, получающие информацию от зоны V1, специализируются на иных функциях: V2 и V3 реагируют на виртуальные линии и границы, V4 – на цвет, V5 – на движение. Впоследствии другие нейробиологи выяснили, что нейроны нижней височной коры, где располагаются высшие отделы зрительной системы, реагируют на сложные формы (целые сцены, места, руки, тела, особенно лица), а также на цвет, положение в пространстве и движение всех подобных указанным форм.

Чтобы видеть, необходим свет. Видимый свет – одна из разновидностей электромагнитного излучения. Он состоит из волн разной длины, распространяющихся в виде порций (фотонов), которые отражаются от видимых объектов. Человеческое зрение улавливает лишь небольшую часть спектра электромагнитных волн: от 380 (мы воспринимаем такой свет как темно-фиолетовый) до 780 нм (темно-красный). Этот диапазон называют видимой частью спектра (рис. II–17, 15–2).

Фотоны видимого света, отражаемые различными объектами, достигают хрусталика глаза, фокусирующего свет на сетчатке, где его поглощают фоторецепторы – особые нервные клетки. Фоторецепторы реагируют на световые волны определенным образом, зависящим от длины и направления распространения этих волн. Реагируя на свет, фоторецепторы генерируют последовательности электрических сигналов, в конфигурациях которых закодирована информация о нем. Сигналы фоторецепторов передаются на ганглионарные клетки сетчатки. Длинные отростки (аксоны) ганглионарных клеток сетчатки образуют оптический нерв, по которому зрительная информация направляется в первичную зрительную кору (рис. 15–3). Этот механизм позволяет сетчатке получать и обрабатывать сведения и передавать их в другие отделы зрительной системы.

Рис. 15–2. Чувствительность трех типов колбочек.

В сетчатке есть фоторецепторы четырех типов: три типа колбочек и один тип палочек. Колбочки позволяют в подробностях воспринимать окружающее. Это они позволяют нам наслаждаться искусством. Они работают при дневном свете и при ярком искусственном освещении и отвечают за чувствительность глаз к контрасту, цвету и мелким деталям (рис. 15–4). Колбочки разбросаны по сетчатке, а в центральной ямке – самом чувствительном участке сетчатки – других фоторецепторов вовсе нет. Кроме того, в центральной ямке плотность расположения колбочек особенно велика, и от этого участка зависит наша способность различать лица, руки и другие объекты и образы, а также цвета. По направлению от центральной ямки к периферии сетчатки плотность колбочек уменьшается. Разрешение зрения на периферии сетчатки гораздо меньшее, чем разрешение в центральной ямке, а зрительная информация, поступающая с периферии сетчатки, гораздо менее подробна.

Рис. 15–3. Наружная оболочка глаза (склера) поддерживает его форму. Сквозь роговицу, прозрачную часть склеры, в глаз попадает свет. Цветную часть глаза называют радужной оболочкой. В ней имеется круглое отверстие – зрачок, расширение или сужение которого зависит от перемены яркости света. Свет, проходящий через зрачок, преломляется хрусталиком и фокусируется на сетчатке, выстилающей глаз изнутри.

Рис. 15–4. В центре сетчатки из фоторецепторов имеются лишь плотно упакованные колбочки. По направлению к периферии колбочки становятся крупнее и появляются палочки, и чем дальше, тем их становится больше.