Двенадцать образов внешнего мира
Глаз - это вовсе не видеокамера, фиксирующая окружающий мир во всех его деталях и передающая целостную зрительную информацию в мозг. То, что мы видим - сумма всего того, что видит глаз. Он воспринимает единый визуальный ряд очень фрагментарно, создавая целый набор различных зрительных репрезентаций, которые затем параллельно - в форме отдельных нервных импульсов - транслируются в нервные центры мозга. Схематично этот процесс описан уже давно, предпринимались попытки и более подробного его исследования. В частности, проводились эксперименты с лягушками, которых сажали внутрь матового серого цилиндра и заставляли смотреть на различные по форме и структуре геометрические фигуры, фиксируя при этом активность нейронов сетчатки. Доказать, что входящие визуальные сигналы перерабатываются уже самим глазом, удалось вполне. Однако детальный анализ этого процесса долгое время не давал надежных и однозначных результатов. Какое количество компонентов составляют конечный зрительный образ, как они формируются и какими нейронами передаются?
В течение трех лет Франк Верблин (Frank Werblin) и Ботонд Роска (Botond Roska) из университета Калифорнии изучали строение и функции глаза кролика. На его сетчатке расположены более 200 ганглиев (нервных узлов) - скоплений нейронов, передающих зрительную информацию в мозг. Их активность изучалась в ходе многочисленных экспериментов, суть которых была проста: кроликам демонстрировали различные движущиеся и неподвижные объекты, одновременно регистрируя возбуждение ганглиев. В результате выяснилось, что визуальный образ формируется мозгом на основе двенадцати отдельных грубых «набросков», в которых отражены определенные элементы внешнего мира. Все ганглии делятся на 12 групп, и каждая из них снимает свое «кино», фиксирует свою часть картинки - это может быть движение, или большие структурно однообразные объекты, или границы объектов, и т. п. Затем мозг складывает эти куски окружающей реальности воедино и, вероятно, дополняет их образами, хранящимися в памяти. На основе полученных данных была построена компьютерная модель, симулирующая активность ганглиев и наглядно демонстрирующая, какие именно изображения передаются в мозг.
Формирование этих образов обусловлено структурно, - строгая специализация ганглиев находит непосредственное отражение в строении сетчатки. Она состоит из нескольких слоев. Зрительную информацию воспринимают светочувствительные фоторецепторы (палочки и колбочки). Они передают импульсы слою горизонтальных и биполярных клеток, которые связаны с ганглиями многочисленными нервными отростками. На этом этапе и фильтруется информация. Спутанный клубок аксонов и дендритов - нервных окончаний биполярных клеток и ганглиев соответственно - на деле оказывается четко структурированным. Окрашивая клетки различного типа, ученые установили 12 отдельных уровней, на которых идет передача строго определенных сигналов и где из исходной информации выделяется главное - то, чего мозгу вполне достаточно для реконструкции картинки окружающего мира.
«Слоеное» строение сетчатки - образец для тех ученых, которые заняты созданием искусственных органов зрения. Работа в этом направлении ведется давно. Уже сконструированы специальные компьютерные чипы, которые при должной доработке могут стать основой искусственного глаза. Силиконовая сетчатка, состоящая из нескольких тысяч микроскопических солнечных ячеек, преобразует световые импульсы в электрические. Сейчас ученые пытаются сделать чипы полным аналогом сетчатки млекопитающих. Если удастся разработать ее структурную и функциональную копию, искусственное зрение, качественно ничем не отличающееся от естественного, перестанет казаться такой уж невероятной вещью. Впрочем, пока остается нерешенной еще одна ключевая проблема: никто не придумал способа подключить электронный глаз к нервным центрам мозга...