Зрячие руки, чувствующие глаза: исследование мозга раскрывает тайны восприятия

Мозг-калькулятор

Новое исследование предполагает, что человеческому разуму требуется совсем немного информации и предыдущего опыта, чтобы сформировать представление о новом предмете. Эти вычислительные схемы в мозге объясняют, как нам удается узнать внешний вид объекта, потрогав его, или понять, каков он на ощупь, лишь с помощью зрения.

В исследовании приняли участие ученые из Колумбийского, Оксфордского и Центрально-Европейского университета. Результаты, опубликованные в журнале eLife, показывают природную способность разума быстро учиться и обобщать.

«Наш мозг умеет отличать один объект от множества других с помощью простого прикосновения. Именно так воришки нашаривают кошельки, глубоко запрятанные в карманах и сумках прохожих, — объясняет соавтор исследования Дэниел Волперт, профессор Колумбийского института изучения работы мозга имени Цукремана. – Наши последние открытия показывают способность мозга производить вычисления для узнавания объекта».

Статистический анализ

Почти 40 лет назад исследователи уже пытались понять, как мы распознаем индивидуальные характеристики предметов. Их предположения сводились к тому, что в каждом случае отличить один объект от другого нам помогает его текстура и размер. Но исследовательская группа во главе с доктором Волпертом высказала гипотезу, что это объяснение не охватывает всей сути. Возможно, оно лишь малая часть картины и есть более обобщенные принципы, позволяющие мозгу получать информацию.

«Нам интересно, способен ли мозг на большее, делая меньшее, — объясняет Мате Ленгиел, профессор компьютерной неврологии из Кембриджского университета и один из соавторов исследования. – Возможно, разуму не требуется систематически получать информацию о размерах и очертаниях предмета, чтобы опознать его, и вместо этого он проводит эффективный статистический анализ, основанный на памяти и предыдущем опыте».

Этот «эффективный статистический анализ», как считает доктор Ленгиел и его коллеги, позволяет мозгу не только моментально узнавать объект, с которым он сталкивался прежде, но также догадываться о ключевых свойствах новых, незнакомых вещей.

Исследование восприятия

Чтобы проверить свою теорию, исследователи разработали простую компьютерную игру наподобие головоломки-пазла. Перед добровольцами на экране монитора появлялись кусочки разных предметов, соединенных между собой в различные комбинации. Их заданием, с которым они справились в большинстве случаев успешно, было узнать, какие комбинации чаще встречаются вместе.

«Заданием участников было собрать зрительную информацию о парах сочетаний, например, какие кусочки чаще можно встретить вместе, а также какие из них легче разорвать», — рассказывает доктор Уолперт, являющийся, в том числе, специалистом в области неврологии Колумбийского колледжа врачей и хирургов.

Второй группе добровольцев было дано похожее задание с кусочками пазлов, соединенных между собой. Однако получать информацию они должны были не с помощью глаз, а благодаря осязанию. Ученые называют это тактильным восприятием.

Им также требовалось определить прочность объектов. У участников было два совмещенных рычага. Роботизированное устройство в них фиксировало степень усилия, приложенного участниками, чтобы разорвать образец. Некоторые комбинации разъединить было просто, а другие – тяжело.

Сохранение и передача знаний

Собрав данные о зрительном и тактильном восприятии от обеих групп, эксперты поменяли их местами. «Зрительная» группа теперь должна была оценивать предложенные образцы вручную, а «тактильная» — с помощью зрения.

«Результаты этой замены показали, что участники сумели сохранить знания, полученные до этого с помощью одного из органов восприятия – зрения или осязания. Они сумели перенести полученную информацию с одной модальности на другую», — отмечает доктор Ленгиел.

Полученные данные опровергают имеющие представления о том, как человеческий мозг обучается и собирает сведения об окружающей среде. Даже обладая минимальной информацией о материале – некоторой статистикой о том, как часто два объекта оказываются вместе и насколько тяжело их разъединить, — мозг способен на серьезные умозаключения и установление связей.

«Наше исследование показывает, как мозг удивительным образом обобщает и передает сведения, полученные от одного органа чувств, к другому, например, от зрения к осязанию, — сообщает доктор Волперт. – Вероятно, это происходит благодаря вычислительным процессам и подведению статистики о том, как объекты ведут себя. И основывается это на предшествовавшем опыте. Результаты доказывают, что вычисления, проводимые мозгом, достаточны для получения множества познавательных навыков, от залезания в чей-то карман до понимания, каков на ощупь кожаный кошелек, изображенный на экране монитора».