Доказательство наличия функции компенсации

Можно провести опыт, лежащий в русле рассматриваемого эффекта, который заключается в определенном выявлении особого свойства нашего зрения при определенных условиях формировать негативное изображение от только что виденного объекта.

Если в течение 30-40 с смотреть на какой-либо неподвижный предмет или на какое-либо изображение, а затем перевести взгляд на белое пространство (белый лист бумаги, белое полотно), то на фоне этого белого пространства будет в течение некоторого времени видно несуществующее изображение, но в негативном изображении. Вот это-то чрезвычайно важно для понимания следующих описываемых феноменов зрения.

В работе Ж. Годфруа “Что такое психология” (М., “Мир”, пер. с фран. 1996 г., т.1, стр. 184) вскользь упоминается о теории Геринга (E. Hering, “Theory of Light Sensation”, Boston, 1912), согласно которой в цветовом зрении имеют место оппонентные процессы.

В частности, на цветной вкладке в книге Ж. Годфруа дано цветное негативное изображение американского флага. Если посмотреть на это изображение в течение указанного времени, а затем перевести взгляд на белый лист бумаги, то экспериментатор действительно в течение некоторого времени будет видеть изображение американского флага, но в обычном, в данном случае, позитивном изображении.

Вот как объясняет это явление В. Д. Глезер.

“ Напомним хорошо известные факты об отрицательных последовательных образах: если достаточно длительное время смотреть на белый квадрат, а затем перевести взор на серую поверхность, то будет виден черный квадрат; если смотреть на красную фигуру, а затем ее убрать, - будет видна зеленая. Менее известен факт форменных последовательных образов: если смотреть на вертикальную решетку, то последовательный образ виден как горизонтальная исчерченность. Последовательные образы - психофизический коррелят оппонентных свойств нейронов зрительной системы. Оппонентность в свою очередь отображает линейные свойства нейрона.

Наиболее очевидно это для системы бело-черных нейронов, измеряющих яркость. Линейность Х -нейронов сетчатки, НКТ (наружного коленчатого тела. О. Ю.) и зрительной коры основана на том, что увеличение освещенности оn -участка РП (рецептивного поля. О. Ю.) вызывает возбуждение, а уменьшение ее - торможение. Такая организация неудивительна. Представляется естественной возможность отвечать в обе стороны от нуля на изменения интенсивности света. Менее очевиден смысл организации красно-зеленой и желто-синей осей в цветовом зрении. Еще более странными кажутся оппонентные свойства нейронов, являющихся ПЧФ (пространственно-частотными фильтрами. О. Ю.). РП, служащие для описания формы, устроены гораздо сложнее, чем цветовые. Однако принцип оппонентности сохраняется и для них. РП большинства нейронов зрительной коры тормозятся на ориентации, отличающиеся (отличающейся? О. Ю.) от оптимальной. Боковые относительно пика ПЧХ (пространственно-частотной характеристики. О. Ю.) частоты также оказывают тормозное влияние.

Если учесть, что ПЧ (пространственная частота. О. Ю.) и ориентация - равноправные характеристики двумерного фильтра ПЧ..., то ясно, что указанные выше свойства РП отображают оппонентность в системе описания формы. Следовательно, оси n -мерного пространства, служащего для описания формы, также полярны. Принципы организации нейронных сетей, выполняющих оппонентные операции в разных системах, должны быть общими. Как уже подчеркивалось выше, система цветовых измерений очень интересна в силу относительной своей простоты как модель для понимания функционирования более сложной системы описания формы. Можно предположить, что в многомерном пространстве, полученном на основе пространственно-частотного описания, действуют алгоритмы, близкие к тем, которые работают в трехмерном пространстве описания цветов.

То обстоятельство, что при описании формы сложного изображения число осей пространства очень велико, не имеет значения для применения этого алгоритма. Существенно лишь, что каждая ось построена по принципу оппонентности. Таким образом, принцип оппонентности выдерживается на каждом последующем уровне все более усложняющейся организации. Действительно, on - и off -нейроны служат для описания яркости вдоль одномерной оси, цветовые нейроны вместе с бело-черными - в трехмерном цветовом пространстве, корковые нейроны – для описания формы в n-мерном пространстве. Упорство, с которым на каждом уровне создается в нейронных сетях оппонентность, свидетельствует о ее важности. Хотя на рассматриваемых до сих пор уровнях нет обучающихся нейронов, значение оппонентности, вероятно, в том, что она необходима для обучения на последующих уровнях... В чем же смысл оппонентности? Ее можно понять как нейрофизиологическое оформление устройства, служащего для передачи отрицательных значений сигнала” (В. Д. Глезер, “Зрение и мышление”, Л., “Наука”, 1985 г., стр. 172-173).

В приведенной цитате дано много объяснений “инструмента” зрения, но нет объяснения самой необходимости принципа оппонентности. Приведенное обоснование оппонентности как средства передачи отрицательных сигналов дано совершенно неубедительно, поскольку опять же уводит вопрос из одной плоскости незнания в другую. Точно также выглядит замена непонятных “последовательных образов” на “психофизический коррелят оппонентных свойств нейронов зрительной системы”.

Для чего и в чем состоит данный принцип - это намного важнее, чем знание того, как это устроено, так как это уже следующий этап исследования. Удивляет, что не выдвинуто никакой гипотезы для объяснения необходимости и сущности этого явления для цветных сигналов, так как здесь уже никакие “положительные” или “отрицательные” сигналы не могут быть. Имеется и такое возражение: из приведенного отрывка видно, что “кто-то” (мозг или глаз) занимается только тем, что “описывает формы”. Разум (человека или другого организма) при такой интерпретации совершенно отбрасывается.

Вряд ли “описание” вообще необходимо, так как из “описания” ничего не следует, и оно нигде не может быть использовано разумом, в том числе и при “узнавании” ситуации. Вспомним, что каждый предмет, каждое явление предстают перед нами всякий раз в совершенно обновленном варианте, ничуть не “похожем” на предыдущие предъявления. Поэтому “описание” внешнего мира (при его наличии) было бы таким громоздким, что для него не хватило бы никакой памяти.

Представляется также странным принятое автором неопределенное нулевое значение освещенности, относительно которого “естественно” осуществляется измерение освещенности в большую или меньшую стороны. Данная гипотеза совершенно “неестественна” как раз в силу принятых в физике методов измерения освещенностей. У Глезера, как можно положить, нулевое значение освещенности вовсе не означает такое освещение (предмета), когда поток света вовсе отсутствует. Нулевое освещение оказывается вовсе не нулевым, а каким-то неопределенным.

Более того, в цитировавшейся выше статье Ратнера приводятся сведения о реакции фоторецепторов совершенно иным - от максимума - образом, т.е. нет какого-то “среднего” ощущения освещенности. Следовательно, если такого рода восприятие освещенности имеется, то оно должно быть функционально необходимо, но при этом должно быть обеспечено иным, “инструментальным” методом. Я думаю, что такое толкование Глезером понимания восприятия глазом уровня освещенности обнаруживает, скорее, желание подогнать наблюдаемые явления под какую-то, чем-то удобную модель. Поэтому on- и off- нейроны трактуются, на мой взгляд, совершенно неверно.

В приведенной цитате принципиальным недостатком системы представления является и то, что нейронам отдано то, что им не может принадлежать никак - самообучение или просто обучение нейронов: самообучение или просто обучение должно принадлежать разуму в целом, во всей его совокупности, без подразделения на какие-то “разумные” частички, или “частично разумные части”. Не правда ли, как это странно звучит?

Мне представляется важным то, что принцип “оппонентности” прослежен В. Д. Глезером на нейронном уровне. Но объяснение этому факту можно дать и совершенно иное: тот механизм компенсации, о котором шла речь выше, наличествует, так сказать, на инструментальном уровне и может отражать связи как “сердца” мозга с сенсорами, так и сенсоров с “сердцем” мозга (off - и on- нейрон). Следовательно, тщательное исследование того, как “устроен” сенсорный механизм, не создает условий проникновения в секреты его работы.

Для того, чтобы сформулировать и обосновать модель работы механизма зрения, рассмотрим эффект зрения, открытый мной в 1971 г.

Каждый может провести описываемый опыт без какого-либо ущерба для своего здоровья. Для этого, устроившись поудобнее (лучше лежа), посмотрите в течение нескольких секунд (от двух до пяти или несколько более, но эффекты будут проявляться иначе) на свет включенной электрической лампы, хотя это может быть и другой источник света, скажем, пламя свечи. После этого, не меняя позы и не убирая источник света, прикройте глаза веками.

Сначала вы увидите несуществующее изображение источника света так, будто он остался перед глазами, хотя, конечно, яркость его будет меньше. Однако постепенно несуществующее изображение будет темнеть, изменяя цвет от ярко-желтого через малиново-красный к темно-синему и темно-фиолетовому, будет расплываться, терять четкость.

Когда вам покажется, что изображение полностью почернело и почти исчезло, прикройте дополнительно глаза ладонью, которая в этом случае будет выполнять функцию дополнительного экрана. В этот момент изображение вновь станет достаточно ярким и четким, приобретет прежний, т.е. желтый цвет. Дождитесь почти полного исчезновения изображения и уберите ладонь, играющую роль защитного экрана. Вы вновь увидите изображение, но оно станет на этот раз негативным, т.е. черным и снова начнет расплываться, сливаясь с подсвечиваемым фоном. Потом заслоните вновь ладонью-экраном свет от лампы, и вы снова увидите исчезнувшее изображение, которое вновь станет позитивным. Так можно повторить манипуляции с экраном несколько раз, и эффект, постепенно слабея, будет повторяться, но при каждой последующей манипуляции негатив (позитив) будет меняться на свою противоположность.

Продолжительность эффекта, варианты “цветовой игры” несуществующего изображения будут зависеть от времени начальной экспозиции (времени засветки при открытых веках), от интенсивности источника света. Можно также манипулировать моментом установки и удаления экрана: этим вы будете либо сокращать, либо увеличивать продолжительность наблюдения эффекта. Личные наблюдения дали мне такие данные. Время первой деградации изображения (t1) (после закрывания глаз веками) от 30 до 35 сек. Время второй деградации (t2) – примерно (25-30) сек. Каждая последующая итерация становится короче на (5-10) сек. Общее время наблюдения эффекта - от 80-100 до 240-250 сек. На рисунке 10 представлена примерная картина наблюдаемого феномена зрения по субъективному восприятию.

При внимательном наблюдении за ходом эксперимента, можно увидеть также и определенные изменения цветовой гаммы и освещенности остального поля зрения (при закрытых веках), что также связано с наблюдаемым эффектом. Важно другое: несуществующее изображение вы наблюдаете настолько долго, что это уже не может быть объяснено “последовательными образами” или “эйдетической памятью”. Скорее наоборот: наблюдаемый феномен может помочь в объяснении этих эффектов.

В 1971 г. я записал свои наблюдения, дав принципиально новое обоснование механизму зрения и сновидениям. Надо сказать, что к тому времени мне еще были недоступны главные положения информационно-отражательной модели, но, тем не менее, мне удалось все-таки достаточно близко подойти к объяснению феномена, который, кстати, уже тогда объяснил мне эффект зрения, наблюдавшийся мной на экзамене (феномен “эйдетической памяти” страниц книги).

Теперь дадим объяснение описанным феноменам зрения с позиции информационно-отражательной модели. Сам факт наблюдения в течение достаточно длительного по продолжительности времени несуществующего изображения, возобновляемого только за счет изменения (модуляции) освещенности фона, говорит о том, что это несуществующее изображение реально существует на сетчатке глаза, т.е. синтезируется нашим разумом.

Всякая попытка объяснить этот эффект через инерционность очевидно будет неудовлетворительной, поскольку вследствие инерционности не могло бы появиться негативное изображение, явственно проявляющееся на последующих итерациях, а также не могло бы произойти восстановление позитивного изображения.

Смысл же инерционности, очевидно наблюдаемой, заключается в том, что достаточно сильный и контрастный внешний сигнал запоминается и затем вновь воспроизводится через функцию компенсации на сетчатку глаза.При этом обратное восприятие происходит в инверсном виде по отношению к самой функции компенсации. Об этом как раз говорит преобразование представляемого изображения из позитивного представления в негативное и наоборот.

Имеет смысл подробно проанализировать ход процесса формирования каждого из изображений в данном эксперименте.

До того, как вы закроете веки, функция компенсации максимальна именно в зоне засветки сетчатки. В тот момент, когда вы закрываете глаза, на сетчатку глаза начинает проникать тот поток света, который ваши веки могут пропустить. В результате вся сетчатка глаза получает равномерную засветку, в которой нет каких-либо конкретных образов. Следовательно, по всему полю зрения нет стимулов, вызывающих формирование образной интегральной функции.

Сохраняющееся изображение от нити накаливания сформировано функцией компенсации, которую мозг запомнил именно в силу ее интенсивности, что вызывает ощущение продолжающейся засветки сетчатки в этом месте, т.е. создается кажущаяся освещенность сетчатки. Отсутствие реального изображения и полная фоновая засветка постепенно ослабляют действие функции компенсации, т.е. генерируемое мозгом изображение, которое изменяет спектральный состав, постепенно гасится и теряет четкость. То, что действует именно функция компенсации, вы обнаруживаете именно в тот момент, когда вводите дополнительный экран (например, ладонь). Действительно, до введения дополнительного экрана засветка сетчатки уже ощущается почти как равномерная, но именно дополнительный экран обнаруживает, что данная зона сетчатки (та, где было изображение нити накала) управляется от мозга: изображение вновь вспыхивает прежним цветом. Значит, изменение к нулю фоновой освещенности смещает как бы начало отсчета, что и позволяет выявить указанное индивидуальное управление от мозга конкретного участка сетчатки.

Дальнейший процесс изменения функции компенсации при использовании дополнительного экрана (ладони) позволяет увидеть, что проэкспонированный участок сетчатки вновь приближается по значению яркости свечения к усредненному по полю зрения (т.е. к нулевому), с той разницей, что этот участок сетчатки мозгом воспринимается активно. Но поскольку действие функции компенсации продолжается, то приобретший темный цвет участок сетчатки после удаления дополнительного экрана сохраняет свою темновую “освещенность”, что теперь воспринимается уже как негативное изображение нити накаливания.

В ходе следующей итерации (после удаления дополнительного экрана) кажущаяся освещенность данного участка сетчатки будет стремиться к максимальной освещенности, имеющейся по всему полю сетчатки. Поэтому последующее введение дополнительного экрана вновь восстанавливает исходное изображение нити накаливания, т.е. ярко-желтое.

Однако остается открытым вопрос, почему в одних случаях после экспозиции мы сразу видим негативное, а в нашем эксперименте первоначально наблюдаем позитивное изображение?

Изменим схему нашего эксперимента. Сразу после такой же экспозиции не будем закрывать глаза, а посмотрим на освещенное белое полотно, например, лист бумаги. В данном случае на белом фоне при открытых глазах первоначально мы будем видеть, как и в предыдущем случае, позитивное (ярко-желтое) изображение нити накаливания, но через 3-5 сек (после прекращения засветки) изображение станет совершенно темным, т.е. негативным по отношению к пространству листа.

Если после этого мы закроем веки, то изображение вновь станет ярко-желтым, т.е. позитивным. Проделывая описанные в предыдущем эксперименте манипуляции, в дальнейшем мы будем наблюдать ту же самую картину, что и в первом случае. Следовательно, в самой сути процесса ровным счетом ничего не меняется, и все зависит от фоновой засветки, о чем выше уже говорилось.

Не меняет содержания и хода процесса и такое изменение эксперимента, когда мы, находясь в затемненной комнате, первоначально дадим короткую экспозицию (250-500 мсек.) за счет короткой вспышки, а затем, закрыв глаза веками, дадим освещение помещения и начнем манипулировать экраном по прежней методике: результаты повторятся в точности.

Исходное изображение малой яркости в “негативном исполнении” мы можем увидеть в том случае, если для своих дальнейших наблюдений выберем ровный фон высокой яркости, а экспонируемое изображение будет иметь невысокую яркость. В этом случае в течение очень непродолжительного времени, пока не “погаснет” функция компенсации, мы видим негативное, по отношению к исходному, изображение. На темном фоне в этом случае мы вообще ничего не увидим. Если же исходное изображение будет иметь большую яркость по сравнению с яркостью выбираемого для наблюдения фона, то мы увидим прежнее, т.е. исходное изображение, которое будет гаснуть так, чтобы кажущаяся засветка конкретного участка сетчатки сравнялась с фоновой засветкой. В случае, когда мы не проводим дальнейших манипуляций с освещенностью фона, происходит “забывание” только что наблюдавшегося светового символа.

Следовательно, разум, обладая возможностью воспроизводить реально любые изображения, “стремится” “забыть” их. При иных условиях обратное восприятие, имеющее характер реально возникающей положительной обратной связи в тракте зрения (очевидно так же и в других сенсорных трактах), привело бы к возбуждению сенсорного тракта, а вместе с ним и нарушило бы устойчивую работу психики. С этой точки зрения эффект “забывания” равноценен механизму демпфирования, используемому в технических системах.

Все эффекты наблюдения изображения после того, как наблюдаемый предмет исчезает из поля зрения, подтверждают реальную работу функции компенсации, но дополняют наше знание о ней тем, что мозг в норме реально синтезирует негативное по отношению к реальности изображение, т.е. действительно компенсирует внешний сигнал.

Это приоткрывает механизмы “узнавания” предметов, символов, явлений, процессов, поскольку функция отражения благодаря действию функции компенсации почти полностью компенсирует (в некотором смысле - уничтожает) входной сигнал.

Это чрезвычайно важно, поскольку каждый может убедиться в том, что аддитивное сложение позитивного изображения и негативного изображения (наложение их друг на друга) дадут нейтральное, скорее всего, серое поле почти без изображения. Следовательно, функция компенсации обеспечивает сокращение новой информации для мозга, что также принципиально важно, так как в этом случае существенно уменьшается суммарный поток новой информации, который должен быть усвоен мозгом.