Сенсорные системы как инженерный компромисс

 

Более важное положение теории сенсорного смещения звучит так: в ходе эволюции сенсорные системы животных приобретают определенные свойства только потому, что эти свойства помогают эффективнее решать задачи, связанные с обработкой воспринимаемой информации, при этом такие свойства могут влиять на направление полового отбора. Например, глаза должны воспринимать объект в целом, и, возможно, их работа подчиняется каким‑то общим принципам, которые могут влиять на выбор партнера.

Поговорим об области, расположенной в самой задней части мозга, – первичной зрительной коре, которую обозначают V1. Эта область пропускает через себя почти всю информацию от глаз, которая затем попадает в другие части мозга. Каждая клетка V1 отвечает лишь за крошечную часть поля зрения и разряжается активнее всего, когда граница освещения в этой части приходится на границу объекта. По всей видимости, V1 представляет собой комплект детекторов границ. Ученые, работающие со зрением, считают такой способ обработки зрительной информации о мире самым эффективным: нам ведь нужно видеть преимущественно объекты, а у объектов обычно есть границы. Самые удачные системы компьютерного зрения, созданные человеком, тоже работают по принципу детекции границ.

Как же самцу завоевать внимание зоны V1 самки? Очевидно, он должен активировать детекторы границ. Для этого ему понадобится тело с большим количеством краев – например, фрактального строения[33]. Но чем больше реальных краев приходится на единицу объема тела, тем более хрупким оно будет и тем больше тепла будет терять. Гораздо выгоднее обзавестись специальным декором – например, узором, имитирующим границы. Пятна подойдут, но тонкие параллельные линии будут еще лучше: они изобразят больше границ на единицу площади. Быть может, полоски так часто встречаются у разных видов животных именно потому, что это оптимальный стимул для зрительной коры.

Популярность украшений с билатеральной и радиальной симметрией может объясняться тем же. Биолог Магнус Энквист предположил, что симметричные паттерны – самый эффективный способ воздействия на зрительную систему животных. Он доказывал, что любая зрительная система, способная распознавать вращающиеся объекты, “прошита” так, что оптимальным стимулом для нее будут радиально‑симметричные паттерны. Энквист и его коллега Арак разработали эволюционные симуляции, подтвердившие их идею о том, что любую нейронную сеть, способную распознавать вращающиеся объекты, оптимально возбуждают именно радиально‑симметричные паттерны. Возможно, как раз поэтому у животных так широко распространены узоры в виде пятен, напоминающих звезды, солнечные вспышки и глаза.

Кроме соответствия основным инженерным принципам, от сенсорных систем любого вида животных требуется приспособленность к месту обитания и экологической нише. Джон Эндлер и другие сторонники теории сенсорного смещения исследовали, как чувствительность зрительной системы разных животных зависит от условий освещенности. Такая информация должна помогать биологам предсказывать, какие линии животных каким типом брачных украшений вероятнее всего обзаведутся, исходя из типа их чувствительности. Приложенная таким образом теория сенсорного смещения позволит увидеть больше закономерностей в, казалось бы, хаотичной картине развития брачных украшений у разных видов.

Но обратимся к другому взгляду на сенсорное смещение, который может объяснить нам, почему украшения развиваются так непредсказуемо. Например, решить проблему категоризации форм видимых объектов два разных вида могут абсолютно по‑разному. Одни и те же объекты первый вид будет воспринимать как цилиндры разных размеров и пропорций, а второй – как набор граней и углов. Оба способа представления формы могут работать прекрасно, но реакция зрительных систем этих двух видов на новое брачное украшение определенной формы может сильно различаться. Украшение может явиться в виде приятного обобщенного цилиндра, но непривлекательного нагромождения граней. Или наоборот. У одного вида это украшение будет способствовать репродуктивному успеху, а у другого – нет.

Одна из важнейших находок теории сенсорного смещения – то, что в строении сенсорных систем всегда есть элемент эволюционной случайности. А это значит, что нельзя предугадать все возможные реакции на все возможные стимулы, зная лишь функцию, ради выполнения которой сенсорная система появилась. Поэтому новое брачное украшение, возбуждающее сенсорную систему прежде неизвестным способом, может неожиданно дать своему обладателю преимущество в половом отборе. Например, биолог Нэнси Бёрли обнаружила, что если самцу зебровой амадины приклеить на макушку длинные белые перья, он станет очень привлекательным для самок. Слабость самок к белому плюмажу не могла развиться в качестве адаптации, потому что, насколько известно, голова предков зебровых амадин никогда не носила ничего подобного. Эксперимент Бёрли выявил скрытое доселе свойство зрительной системы амадин, которое, видимо, развивалось для других нужд. Мне кажется, что идея о роли эволюционных случайностей в дизайне сенсорных систем – одна из самых интересных и многообещающих идей в теории сенсорного смещения. Она может даже лучше, чем убегающий половой отбор, объяснять непредсказуемое многообразие брачных украшений у разных видов.