Системы отсчета

2,5-мерный эскиз – это шедевр слаженной работы хитроумно устроенных механизмов зрительной системы. У него есть только один недостаток: в том виде, в котором мозг его получает, он совершенно бесполезен.

Информация в 2,5-мерном массиве данных указана в системе отсчета сетчатки глаза, системе координат с наблюдателем в центре. Если в той или иной ячейке записано «здесь есть граница», то «здесь» означает положение, соответствующее этой ячейке на сетчатке – скажем, место прямо перед вами, на которое вы в данный момент смотрите. Все было бы прекрасно, если бы вы были деревом, которое смотрит на другое дерево, но стоит чему-нибудь двинуться – вашим глазам, голове, телу, наблюдаемому объекту – информация в массиве данных перемещается на новое место. Любая часть мозга, использующая информацию в этом массиве данных, обнаружит, что нужная информация уже неактуальна. Если бы ваша рука направлялась к центру поля зрения потому, что в этой точке располагалось яблоко, то сейчас рука уже двигалась бы к пустому пространству. Вчера вы запомнили, как выглядит ваша машина, глядя на ручку ее дверцы, а сегодня этот образ не будет соответствовать тому, что вы увидите, потому что вы посмотрите на нее, стоя напротив крыла; между этими двумя изображениями практически не будет ничего общего. Вы не сможете даже сделать простейшего вывода о том, являются ли две линии параллельными: вспомните сходящиеся железнодорожные рельсы.

Эти проблемы просто требуют, чтобы у нас в голове была масштабная модель, но зрение ее нам не дает. Ключ к использованию визуальной информации – не в том, чтобы придать ей новую форму, а в соответствующем доступе к ней, а это требует использования подходящей системы отсчета или системы координат. Понятие системы отсчета неотделимо от самой идеи местоположения. Как ответить на вопрос: «Где это находится?». Нужно назвать объект, который знаком спрашивающему, – определить систему отсчета – и описать, как далеко и в каком направлении относительно этой системы отсчета находится искомое «это». Фраза «рядом с холодильником», почтовый адрес, направление по компасу, широта и долгота, координаты для GPS-навигатора – все это информация, позволяющая обозначить расстояние и направление относительно системы отсчета. Эйнштейн построил свою теорию относительности на том, что поставил под сомнение вымышленную систему отсчета Ньютона, непонятным образом закрепленную в пустом пространстве, не зависящую ни от чего в мире.

Система отсчета, входящая «в комплект поставки» 2,5-мерного эскиза – это положение на сетчатке. Поскольку сетчатка непрестанно совершает спиральное движение, эта система отсчета так же бесполезна, как предложение «Встретимся у бежевого “Понтиака”, который сейчас остановился здесь на светофоре». Нам нужна система отсчета, которая останется неподвижной, как бы ни перемещались глаза. Предположим, что у нас есть оборудование, позволяющее навести поверх поля зрения невидимую систему координат – наподобие того, как в прицеле винтовки поверх картинки поля зрения помещается прицельная сетка. И предположим, что любой механизм, позволяющий получить информацию из поля зрения, захватывает цели, определяемые прицелом винтовки (например, в перекрестье прицела, на два деления выше перекрестья, на деление левее). Немного похожее приспособление есть и на экране компьютера: курсор. Команды, связанные с записью и считыванием информации, выполняются относительно точки, которая может быть установлена произвольно в любом месте экрана; когда мы прокручиваем информацию на дисплее, курсор двигается вместе с ней, словно «приклеенный» к элементу текста или графики. Чтобы мозг мог использовать содержимое 2,5-мерного эскиза, ему нужно применить подобный механизм – даже не один, а несколько.

Простейшая система отсчета, движущаяся поверх 2,5-мерного эскиза, – это система, которая всегда остается прикрепленной к голове. В соответствии с законами оптики, когда глаза смещаются вправо, изображение яблока сдвигается влево. Но предположим, что команда, поступающая по нервам к глазным мышцам, одновременно посылается и на поле зрения, и используется для того, чтобы сместить прицельную сетку на то же самое расстояние, но в противоположном направлении. Перекрестье прицела останется сосредоточенным на яблоке, как и любые умственные процессы, которые получают информацию через этот прицел. Процесс может продолжаться, словно ничего и не произошло, хотя содержимое зрительного поля к этому времени может уже переместиться в пространстве.

Вот простой пример такого копирования команды. Попробуйте подвигать глазами из стороны в сторону: мир остается на месте. Теперь закройте один глаз и легонько подтолкните второй глаз пальцем: мир подпрыгнет. В обоих случаях глаз двигается, и в обоих случаях двигается изображение на сетчатке, но вы видите это движение только тогда, когда глаз двигает ваш палец. Когда вы двигаете глазами потому, что решили на что-то посмотреть, команда, которую мозг отдает глазным мышцам, копируется в механизм, который передвигает систему отсчета одновременно со сдвигом изображения, чтобы компенсировать субъективное ощущение движения. Но когда вы двигаете глазное яблоко пальцем, это движение происходит в обход механизма смещения системы отсчета, она не смещается, и вы интерпретируете дернувшееся изображение как отображение дернувшегося с места мира[273].

Вероятно, существуют и системы отсчета, которые компенсируют движения тела и головы. Они присваивают каждому кусочку поверхности в поле зрения постоянный адрес относительно комнаты или относительно земли; адрес остается неизменным, невзирая на движение тела. Такие смещения системы координат контролируются копиями команд, направляемых мышцам шеи и тела, хотя не исключено, что ими управляют те зоны, которые отслеживают смещение объектов в поле зрения.

* * *

Удобным накладным элементом была бы трапециевидная ментальная сетка, размеченная на участки мира одинакового размера. Квадрат сетки, проходящий у наших ног, будет охватывать большой участок поля зрения; квадрат ближе к горизонту будет охватывать меньший участок поля зрения, однако если его измерить, его размер составит ровно столько же сантиметров. Поскольку 2,5-мерный эскиз в каждой точке содержит значения глубины, для мозга не составит труда вычислить координаты в пределах этой сетки. Такая система координат, привязанная к миру, позволит нам оценивать реальные углы и протяженности объектов окружающего нас мира. Специалист по психологии восприятия Дж. Дж. Гибсон утверждал, что у нас и в самом деле есть это ощущение действительного масштаба, наложенное на ретинальную проекцию, и мы можем в уме переключаться между режимами ее использования или не-использования. Стоя между железнодорожными рельсами, мы можем принять либо один образ мыслей, в котором мы будем видеть, как эти рельсы сходятся, либо другой, в котором мы будем видеть их параллельными. Эти два вида зрения, которые Гибсон назвал «видимое поле» и «видимый мир», основываются на способности оценивать одну и ту же информацию либо в системе координат, привязанной к сетчатке, либо в системе координат, привязанной к миру[274].

Еще одна невидимая система отсчета – направление силы притяжения. В роли ментального отвеса выступает вестибулярный аппарат внутреннего уха – лабиринт из камер, включающий в себя три полукружных канала, размещенных под прямым углом друг к другу. Если у кого-то есть сомнения относительно того, что естественный отбор использовал те же принципы проектирования, которые сегодня использует человек, пусть посмотрит на декартовы координаты, запечатленные в костях черепа! Когда наша голова совершает движения под углами рыскания, тангажа и крена, жидкость переливается в этих каналах, посылая нервные сигналы о движении. Масса похожих на песок частиц, оказывая давление на другие мембраны, позволяет вестибулярному аппарату регистрировать линейное движение тела и направление гравитации. Эти сигналы могут использоваться для вращения ментального перекрестья прицела таким образом, чтобы оно всегда было расположено правильной стороной вверх. Именно поэтому нам не кажется, что мир кренится набок, даже несмотря на то, что голова человека редко находится в строго вертикальном положении. (Сами глазные яблоки наклоняются по часовой стрелке или против часовой стрелки, но совсем немного – так, чтобы компенсировать незначительные движения головы.) Может показаться странным, однако наш мозг не сильно компенсирует силу притяжения. Если бы эта компенсация была полной, мир выглядел бы нормально, когда мы лежим на боку или даже стоим на голове. Конечно, это не так. Нам сложно смотреть телевизор, лежа на боку, если при этом не подпереть голову рукой, и уж вовсе невозможно читать, повернув книгу на бок. Вероятно, поскольку мы – наземные существа, мы используем «сигнал» гравитации главным образом для того, чтобы держать тело в вертикальном положении, а не для того, чтобы компенсировать перекос визуального входного сигнала, когда тело отклоняется от этого положения[275].

Согласованность системы координат сетчатки с системой координат внутреннего уха имеет неожиданные последствия для нашей жизни: она вызывает морскую болезнь. Обычно, когда мы двигаемся, эти два сигнала – буйство красок и фактур, обозреваемых глазами, и сообщения о гравитации и инерции, поступающие от внутреннего уха, – бывают синхронными. Но если вы двигаетесь, находясь при этом внутри другого объекта – в машине, на корабле, на носилках (а с точки зрения эволюции такие способы передвижения являются беспрецедентными), то внутреннее ухо говорит: «Вы двигаетесь», в то время как стены и пол говорят: «Вы стоите на месте». Это несоответствие вызывает морскую болезнь или укачивание, и стандартные рекомендации по избавлению от морской болезни направлены как раз на его устранение: не читать в транспорте, посмотреть в окно, зафиксировать взгляд на горизонте[276]. Многие астронавты страдают хронической космической болезнью, потому что в космосе нет гравитационного сигнала – это довольно экстремальное несоответствие между силой притяжения и зрением. (Тяжесть космической болезни измеряется в гарнах – эта единица измерения получила свое название в честь сенатора от Республиканской партии Джейка Гарна (штат Юта), который, воспользовавшись своим положением члена подкомитета по ассигнованиям, отвечавшего за бюджет НАСА, отправился в самую дорогую в мире увеселительную поездку – в космический полет. Космонавт Гарн вошел в историю как чемпион всех времен и народов по тяжести морской болезни.) Положение космонавта осложняется тем, что в интерьере космического корабля у него отсутствует система координат, привязанная к миру, потому что разработчики космических аппаратов считают, что в отсутствие гравитации такие понятия, как «пол», «потолок» и стены не имеют смысла, и все шесть поверхностей вполне можно использовать для размещения инструментов. К сожалению, мозг космонавта при этом остается совершенно земным, и он в буквальном смысле слова может заблудиться, если не будет время от времени останавливаться и говорить самому себе: «Так, буду считать, что вон там у меня – “вверху”, а вон там – “впереди”», и так далее. Некоторое время эта техника работает, но стоит посмотреть в иллюминатор и понять, что земная твердь на самом деле находится у него над головой, или увидеть товарища, плавающего в невесомости вверх ногами, как на него накатывает волна тошноты. Космическая болезнь – серьезная причина для беспокойства НАСА, и дело не только в том, что она приводит к снижению работоспособности космонавта, занимая ценное время полета; несложно представить затруднения, связанные с рвотой в условиях невесомости. Эта болезнь, несомненно, коснется и зарождающейся технологии виртуальной реальности: человек, желающий испытать эту реальность, надевает круговой шлем, в котором перед глазами мелькает искусственно созданный мир. Оценка журнала «Ньюсуик»: «Самое тошнотворное изобретение со времен аттракциона “Тилт-а-верл”. Мы предпочитаем “Будвайзер”»[277].

Почему же на Земле и в космосе несоответствие между зрением и гравитацией или инерцией вызывает не что иное, как тошноту? Каким образом понятия «вверху» и «внизу» связаны с нашей системой пищеварения? Психолог Мишель Трейсман предлагает довольно правдоподобное, хотя и пока недоказанное объяснение. Рвота нужна животным, чтобы извергнуть из организма поглощенные с пищей токсины, пока они не причинили еще больший вред. Многие токсины, встречающиеся в природе, воздействуют на нервную систему[278]. Это поднимает вопрос, с которым сталкивается героиня Ингрид Бергман в фильме «Дурная слава»: как узнать, что тебя отравили? Вы не сможете оценивать ситуацию здраво, потому что ваш мозг будет одурманен ядом, но ведь яд может повлиять и на вашу способность оценивать то, действительно ли ваша способность оценивать затуманена! Если говорить в более широком смысле, как детектор нарушения функционирования может отличить неправильное функционирование мозга от точного регистрирования нестандартной ситуации? (Надпись на старой наклейке на бампер: «В мире возникли технические неисправности. Не изменяйте настройки своего мышления».) Конечно же, гравитация – это самая стабильная и предсказуемая характеристика мира. Если две области мозга оценивают ее по-разному, велика вероятность того, что функционирование либо одной, либо обеих этих областей нарушено, либо получаемый ими сигнал поступает с задержкой или с искажением. Получается, что организм руководствуется таким правилом: если вам кажется, что сила тяжести действует вверх, то вас отравили; срочно выбрасывайте из организма яд.

* * *

Ментальная вертикальная ось также играет огромную роль в формировании нашего восприятия фигуры и формы. Что вы видите на этом рисунке (с. 295)?

Очень немногие люди узнают в рисунке контур Африки, повернутый на 90°, даже если наклоняют голову влево. Ментальная репрезентация формы – то, как наш разум «описывает» ее, – не просто отражает ее элементарную геометрию, которая остается неизменной при поворачивании формы. Она отражает геометрию относительно нашей системы координат с вертикальной осью. Наше мышление воспринимает африканский континент как фигуру с утолщением «вверху» и более узкой частью «внизу». Стоит поменять местами верх и низ – и Африка перестает быть Африкой, даже если ни одна точка ее береговой линии при этом не изменилась. Психолог Ирвин Рок приводит множество подобных случаев, в том числе – вот этот простой пример:

Люди видят эти два рисунка как две разные фигуры – квадрат и ромб. Однако с точки зрения геометра это одна и та же фигура. Каждая линия и каждый угол этих фигур совпадают; единственное отличие – это то, как они выровнены относительно вертикальной оси координат, и этого различия достаточно для того, чтобы люди использовали для их обозначения разные слова. Квадрат – это фигура, у которой сверху линия, ромб – фигура, у которой сверху угол. Без слова «сверху» при этом никак не обойтись. Людям сложно даже заметить, что ромб имеет прямые углы.

Наконец, объекты могут сами образовывать системы координат: Фигура в правом верхнем углу выглядит то как квадрат, то как ромб – в зависимости от того, с какими фигурами вы мысленно группируете ее: с тремя фигурами справа или с восемью фигурами снизу. Воображаемые линии, соответствующие рядам фигур, становятся картезианскими системами координат – одна такая система координат совпадает с вертикальной осью сетчатки, вторая наклонена по диагонали; в результате фигура выглядит по-разному в зависимости от того, к какой системе отсчета мы мысленно ее относим[279].

А если вы еще скептически относитесь к этим системам координат, якобы накладывающимся на поле зрения, но при этом не имеющим ни цвета, ни вкуса, ни запаха, посмотрите на этот изумительно простой пример, предложенный психологом Фредом Этнивом. Что вы можете сказать о группе треугольников слева?

Если смотреть на них достаточно долго, они начинают выглядеть по-другому. Они не перемещаются перед глазами, не переворачиваются в пространстве, и, тем не менее, что-то меняется. Люди говорят, что это изменение касается того, «в какую сторону они повернуты». По странице перемещаются не сами треугольники, а ментальная система координат, накладывающаяся на изображение. Эта система координат соответствует не сетчатке, не голове, не телу, не комнате, не странице, не вектору силы тяжести, а оси симметрии треугольников. Таких осей у треугольников три, и они по очереди занимают главенствующее положение. У каждой оси есть что-то вроде северного и южного полюсов, и они-то дают ощущение, что треугольник «повернут» в ту или иную сторону. Треугольники переворачиваются целой группой, как будто в ансамбле песни и пляски; мозгу удобно, чтобы в систему координат включалась целая группа расположенных рядом фигур. Треугольники справа еще более подвижны, они поочередно производят шесть разных впечатлений. Их можно воспринимать либо как тупоугольные треугольники, лежащие в двухмерной плоскости страницы, либо как прямоугольные треугольники, имеющие глубину, и каждый из этих вариантов имеет систему координат, которая может занимать три разных положения[280].