Прием и переработка информации в зрительной системе

Зрение – один из важнейших органов чувств человека. Зрительная система, реагируя на световые раздражители, дает мозгу более 90 % сенсорной информации. Переработка зрительной информации происходит на нескольких уровнях и активна по своей природе.

Первичным уровнем переключения сенсорных сигналов в зрительной системе является сетчатка глаза. Сетчатка содержит не только светочувствительные рецепторы, но также несколько взаимосвязанных слоев нейронов, осуществляющих первичную переработку сигналов. Никакой другой из специализированных органов чувств не может одновременно воспринимать и перерабатывать информацию, как это делает сетчатка. От сетчатки отходят зрительные нервы, связывающие ее с латеральным коленчатым телом и верхними бугорками четверохолмия таламуса. Третичным уровнем переработки сигналов является первичная и вторичная зрительная кора (Блум, Лейзерсон, Хофстедтер, 1988).

То, что восприятие – это активный процесс, было показано, например, в гештальтпсихологии. На активную природу переработки зрительной информации указывает построение из двух плоских сетчаточных изображений одной трехмерной картины. Оптические иллюзии также говорят об отсутствии простого соответствия между проекциями внешнего мира на сетчатках и их окончательными, «психическими» истолкованиями. Г. Баумгартнер отмечает, что единообразие зрительных иллюзий у всех людей указывает на то, что мозг, перерабатывая поступающие от сетчатки сигналы, все-таки подчиняется определенным правилам. Так создается динамичная нейронная модель видимого окружения – та самая конструкция, которую мы принимаем за действительность (Баумгартнер, 1995).

Рис. 4 демонстрирует иллюзию Германна на черных и белых решетках (Баумгартнер, 1995). Места пересечения черных полос кажутся чуть-чуть светлее, а белых – чуть-чуть темнее, чем остальные участки. Иллюзию можно объяснить различной реакцией ганглиозных клеток – нейронов сетчатки. Эти клетки получают информацию от биполярных клеток, а те от фоторецепторов (колбочек и палочек). Каждая ганглиозная клетка имеет, таким образом, собственное рецептивное поле, т.е. участок сетчатки, на раздражение которого она способна отвечать. Имеются ганглиозные клетки двух типов – с on–центром и с off–центром. Клетки с on–центром возбуждаются при освещении центра рецептивного поля и затормаживаются при освещении его периферии. Можно сказать, что они реагируют «на дырку от бублика». Ганглиозные клетки с off–центром затормаживаются при освещении центра и возбуждаются при освещении периферии. Иными словами, они реагируют «на сам бублик». Благодаря такому устройству рецептивные поля особо приспособлены для того, чтобы усиливать контраст на границах светлого и темного и тем самым подчеркивать контуры предметов. Сходная организация имеется в боковых коленчатых телах таламуса (это первые центральные «станции» зрительной системы), и в слое 4 первичной зрительной коры (Баумгартнер, 1995; Блум, Лейзерсон, Хофстедтер, 1988).

Нейронный механизм иллюзии Германа на белой решетке выявляется при записи ответов нейронов с on–центром. Реакции данных нейронов на освещение их рецептивных полей будут различаться в зависимости от положения этих полей относительно решетки. Так, собственно иллюзия возникает только тогда, когда возбуждающий центр рецептивного поля клетки с on–центром попадает в место пересечения полос. В этом случае нейрон возбуждается слабее, так как свет при этом сильнее (со всех четырех сторон!) воздействует на тормозящий краевой участок поля. Поэтому-то и кажется, будто в местах пересечения белых полос они чуть-чуть темнее, чем на других участках. Если полосы в месте их пересечения разбить контуром квадратика (как показано на рисунке в нижнем правом углу каждой из решеток), иллюзия будет подавлена (Баумгартнер, 1995).