сложно закодированное знание, накопленное человечеством за всю историю его развития. На занятиях в школе с атласами и контурными картами мы обучаемся воспринимать весьма отвлеченные представления о расположении городов, рек, морей, континентов, овладевая тем самым высшими формами когнитивного обучения.
Следовательно, когнитивные карты жизненного пространства – это та основа, на которой строится наше пространственное мышление.
Оперативная память
А теперь я хочу рассказать о собственных исследованиях нейронных основ памяти, которые проводились совместно с моими учениками А. А. Пироговым и А. А. Орловым на обезьянах – макаках-резусах.
Обезьяна во время опыта находилась в специальном приматологическом кресле в затемненной камере (как показано на рисунке). Перед животным располагался пульт, состоявший из панели с двумя рычагами, над которыми были вмонтированы лампочки экрана, закрывавшего рычаги и устройства для подачи пищевого вознаграждения.
В начале экспериментальной задачи подавался условный сигнал – поочередное мигание лампочек возле правого и левого рычага в течение 2–5 (секунд. Экран в это время был закрыт. После выключения условного сигнала следовала пауза – 5-20 секунд, в течение которой обезьяна должна помнить, какая из лампочек зажигалась. Никаких сигналов в это время не подается. Этот период называется отсрочкой, именно в это время и осуществляются процессы кратковременной оперативной памяти. Затем экран отодвигали, открывая доступ обезьяне к рычагам. Если обезьяна в течение отсрочки запомнила, с какой стороны зажигалась лампочка, то она должна нажать на рычаг, расположенный на той же стороне пульта, т. е. справа или слева. Если обезьяна правильно выбрала рычаг, то она получала пищевое вознаграждение (драже). Такие тесты в течение одного опыта применялись многократно.
После такой многодневной тренировки, когда количество ошибочных выборов не превышало 10–15 %, на голове обезьяны, находящейся под наркозом, размещали устройство для крепления микроэлектродов, позволяющее с помощью электронной аппаратуры одновременно регистрировать электрическую активность нескольких отдельных клеток мозга.
Вопрос об участии различных мозговых структур в осуществлении оперативной памяти до сих пор является предметом дискуссии. Мы изучали нейронные механизмы лобной коры мозга обезьян. Лобная кора является самой молодой и наиболее сложно организованной структурой мозга, которая осуществляет высший контроль за деятельностью его остальных отделов и участвует в процессах памяти.
А теперь давайте посмотрим, как ведут себя отдельные нейроны лобных долей мозга при выполнении обезьяной вышеописанной поведенческой задачи.
Каждый тест начинался с предъявления условного сигнала, а значит, с записывания мозгом информации о его пространственном местоположении. Именно эта информация в данном исследовании является самой главной, ибо она и определяет направление предстоящего движения – нажатия правой лапой на правый или левый рычаг.
Оказалось, что в лобной коре существуют клетки, которые «описывают» именно пространственные признаки условного сигнала – они называются
Так, один тип нейронов проявляет избирательность только в период действия самого условного сигнала. Но как только лампочка гаснет, избирательность этих нейронов исчезает и активность их возвращается к прежнему уровню. Такие нейроны коры головного мозга называют
Следующий самостоятельный тип клеток – нейроны, обнаруживающие свойство пространственной избирательности только в период оперативной памяти и не реагирующие ни на условный сигнал, ни на открытие экрана. Эти нейроны как бы принимают эстафету от группы сенсорных нейронов и удерживают информацию о пространственном расположении ранее действовавшего условного сигнала на протяжении периода оперативной памяти, поэтому эти нейроны названы
Третий тип клеток обнаруживает свою пространственную избирательность лишь после открытия экрана, т. е. непосредственно перед выполнением движения нажатия на тот или иной рычаг. Эти клетки не проявляют каких бы то ни было ответных реакций во время всех предшествующих этапов поведенческой задачи и включаются в работу только в момент, непосредственно предшествующий совершению целенаправленного двигательного акта. Эти клетки также по принципу эстафеты активируются клетками памяти, но характер их реакции уже существенно отличается от реакций предыдущих типов нейронов. Реакции этого типа клеток зависят как от местоположения действовавшего ранее условного сигнала – информации, полученной от клеток памяти, так и от направления предстоящего движения к рычагу. Эта последняя информация уже извлекается из долговременной памяти, в которой «записаны» результаты условнорефлекторного обучения, т. е. автоматизированные двигательные программы, поэтому такие нейроны называются
Итак, оперативная память, являющаяся промежуточным элементом между условным сигналом и соответствующим условнорефлекторным движением, обеспечивается пространственно избирательными нейронами памяти, которые эстафетно активируются сенсорными нейронами и сами, в свою очередь, эстафетно активируют нейроны моторных программ, а они и запускают соответствующее целенаправленное движение.
ПАРАДОКСЫ ВОСПРИЯТИЯ
Иллюзии восприятия
Слово «иллюзия» происходит от латинского слова illudo, означающего «обманываю, насмехаюсь, разыгрываю». И действительно, еще с древних времен известно свойство нашей психики зачастую искаженно воспринимать внешний мир. Отдельные примеры иллюзорного восприятия можно встретить уже у античных авторов: в научных трактатах греческого философа Аристотеля, римского архитектора Витувия. Поэт и философ Тит Лукреций Кар, отмечая относительность нашего зрительного восприятия, писал:
«Наши глаза познавать не умеют природу предметов. А потому не навязывай им заблужденье рассудка».
Множество неразрешенных проблем таит в себе наша психика. И пожалуй, чем больше мы узнаем о ней, тем большее число удивительных загадок она ставит перед ученым. Вот одной из таких загадок и являются так называемые обманы чувств или иллюзии восприятия. Мне кажется, что это уже хорошо известное свойство психики играет далеко не второстепенную роль в нашей повседневной жизни, а для пытливого ума это еще одно основание для обдумывания извечного вопроса: как же мы воспринимаем окружающий мир?
О природе иллюзий нам пока мало что известно, и полностью ответить на этот вопрос сегодня не возьмется ни один человек. Наиболее изученными к настоящему времени являются зритель ные (или оптические) иллюзии, которые представляют собой ошибки в оценке и сравнении между собой длин отрезков, величин углов, расстояний между предметами, в восприятии формы предмета и пр. Ошибки наших суждений о зрительно воспринимаемом мире связаны во многом с тем, что создаваемые образы, благодаря активной работе мозга, являются целостными (интегративными), и потому оценка предмета в целом переносится и на оценку его деталей. Причем интересно отметить, что чем целостнее образ, тем сильнее иллюзия оценки его отдельных частей. Так, на рисунке диагональ
Другая группа зрительных иллюзий возникает благодаря свойству нашего восприятия оценивать предмет с учетом всего того, что его окружает. Давайте рассмотрим круг, окруженный восемью маленькими кружками. Он при сравнении с другим кругом, помещенным между пятью большими кругами, кажется крупнее. Здесь действует психологический закон контраста. Измерьте, и вы убедитесь, что круги совершенно одинаковы по размеру. Приходится признать ненадежность зрительного восприятия. Однако нельзя забывать о том, что окончательный результат узнавания предмета во многом зависит от нашего прошлого жизненного опыта, т. е. памяти, которая хранит бесчисленное множество зрительных образов вместе с их смыслом и значением для нашего поведения.
Иллюзорные обманы имеют важное значение в изобразительном искусстве и архитектуре, где умелое их использование расширяет возможности художника или архитектора. Наверное, многим из вас знакомы законы перспективы, которые используются при создании произведений искусства. Кому посчастливилось побывать во дворце города Павловска (под Петербургом), могли видеть роспись потолка одного из залов, выполненную по заказу непревзойденного мастера перспективной живописи XVIII в., талантливого итальянского художника Пьетро Гонзаго. Мы даже забываем, что над нами плоская поверхность потолка, настолько сильна эта полная иллюзия уходящего ввысь пространства.
Но посмотрите на рисунок, также построенный с учетом законов перспективы: высота дерева, дома и любого другого предмета воспринимается меньшей, чем она есть на самом деле. Наш практический опыт научил нас вносить в такое искаженное восприятие соответствующие поправки, и мы правильно представляем относительные размеры изображенных предметов.
Зачастую мы сами активно используем эффект зрительной иллюзии в нашей повседневной жизни. Например, при выборе одежды знание определенных правил помогает нам скрывать некоторые дефекты телосложения. Так, невысокий молодой человек или девушка, стремясь выглядеть повыше, должны помнить, что ткань в вертикальную полоску зрительно удлиняет фигуру; тот же эффект достигается включением в фасон одежды линий продольного направления. И наоборот: преобладание горизонтальных полос и линий в одежде сделает более пропорциональной высокую и худую фигуру. Мы видим, что во всех этих случаях происходит как бы обратный эффект: отдельные детали образа (вертикальные или горизонтальные полосы на одежде) меняют оценку самого целостного образа.
Интересно отметить, что зрительные иллюзии бывают тесно связаны с направленностью нашего внимания. Ведь для того, чтобы увидеть какой-то предмет из множества других, расположенных вокруг, мы должны зафиксировать на этом предмете свое внимание. Пристально рассматривая один предмет, мы на какое-то время можем не обращать внимания на все остальные. Значит, наше восприятие избирательно, и мы не просто пассивно и безразлично «фотографируем» то, что оказывается перед нами, а заинтересованно выбираем то, что для нас в данный момент оказывается наиболее важным
