Очень остроумный эксперимент был недавно проведен Джулезом (Julesz) в лабораториях телефонной компании «Белл». Автор с помощью вычислительной машины создал пару специальных рисунков (рис. 4, 16), каждый из них представлял собой случайный набор линий и не содержал контуров знакомых предметов или структур, но, взятые вместе, они создавали структуру, обладающую глубиной.

Рис. 4, 16. Когда эти случайные структуры предъявляются правому и левому глазу, они смешиваются мозгом и воспринимаются как случайный фон с лежащими на нем квадратами. Эти структуры созданы с помощью вычислительной машины, причем, чтобы выделить квадраты из фона, необходима кросс-корреляция. Джулез, предложивший такой эксперимент, использовал этот технический прием для исследования способности мозга воспринимать глубину.

Этот тонкий эксперимент показывает, что мозговые механизмы, обеспечивающие стереоскопическое восприятие глубины, могут интегрировать наборы линий, воспринимаемые каждым глазом отдельно, синтезировать объекты из двух случайных структур и эффективно находить диспаратность. Эта методика, предложенная Джулезом, видимо, будет иметь большое значение для исследования зрительного восприятия. Она является первым примером использования электронных вычислительных машин в исследовании зрительной системы.

Мозг гораздо сложнее, чём любая звезда, и еще более таинствен. Если бы мы смогли мысленно проникнуть в механизмы мозга, связанные с работой зрительной системы, мы открыли бы тайны, столь же важные, как и тайны внешнего мира, раскрытые глазом и мозгом.

Не всегда было очевидным, что мозг связан с мышлением, памятью или ощущением. В древнем мире — включая великие цивилизации Египта или Месопотамии — мозг считался несущественным органом. Мышление и эмоции рассматривались как функции желудка, печени и желчного пузыря. Отзвуки этого еще сохранились в современном языке в таких словах, как «флегматик». Когда египтяне бальзамировали умерших, они не заботились о том, чтобы сохранить мозг (его извлекали через левую ноздрю), в то время как другие органы сохранялись отдельно в специальных сосудах, которые помещались в саркофаг. После смерти мозг обычно обескровлен, и, по-видимому, он казался мало пригодным для того, чтобы быть вместилищем жизненного духа. Субстратом жизни, теплоты и чувства считалось активно пульсирующее сердце, а не холодное немое вещество мозга, заключенное в костный футляр.

Существенная роль мозга в контроле над движениями конечностей, речью и мышлением, ощущением и переживанием стала выясняться постепенно благодаря наблюдению над последствиями повреждений мозга. Позже начали тщательно изучать последствия небольших локальных поражений мозга — опухолей и огнестрельных ранений. Результаты этих исследований чрезвычайно важны для нейрохирургов, ибо если в одних областях мозга можно оперировать относительно свободно, то другие надо щадить, иначе пациент умрет или у него возникнут необратимые дефекты.

Мозг можно определить как «единственный материальный субстрат, который мы знаем изнутри». С внешней стороны это розово-серый предмет, размеры которого приблизительно равны двум сложенным кулакам. Основные части мозга показаны на рис. 5, 1. Мозг состоит из так называемого белого и серого вещества, причем белое вещество создают волокна, связывающие тела клеток, а серое образуют эти клетки.

Рис. 5, 1. Мозг. Показана зрительная область — area striata, — находящаяся сзади (в затылочной коре). Стимуляция небольшого участка этой области вызывает ощущение вспышки света в соответствующих частях зрительного поля. Стимуляция окружающих участков зрительной коры (в зрительной ассоциативной области) приводит к более сложным зрительным ощущениям.

B процессе эволюции мозг развился из центральных отделов, которые у человека связаны прежде всего с эмоциями. Поверхность мозга — или кора — вся в своеобразных извилинах. Функция коры состоит, главным образом, в контроле над движениями конечностей и работой сенсорных органов. Можно получить карты, отражающие значение отдельных областей коры мозга для тактильных ощущений; такая схема уродливого человечка — гомункулуса — дана на рис. 5, 2. Зрительные ощущения представлены в особом отделе коры мозга, о котором будет идти речь дальше.

Рис. 5, 2. «Гомункулус» — рисунок, показывающий, какова площадь коры, связанная с анализом ощущений, поступающих от различных областей тела. Обратите внимание, какой огромный большой палец руки. У различных животных различные «гомункулусы», соответствующие сенсорному значению различных частей тела.

Нервные клетки мозга состоят из тел; каждое из них имеет длинный тонкий отросток — аксон, проводящий импульсы, возникающие в клетке. Аксоны могут быть очень длинными, распространяясь иногда от головного мозга До спинного. Тела нервных клеток имеют также большое число более тонких и коротких волокон — дендритов, которые проводят сигналы к клетке (рис. 5, 3). Клетки с их сетью дендритов и аксонами кажутся иногда расположенными хаотично, но в некоторых областях мозга, особенно в зрительной, они образуют отчетливо организованные ряды.

Рис. 5, 3. Нервная клетка. Тело клетки имеет длинный аксон, изолированный от окружающих тканей миэлиновой оболочкой и обычно посылающий управляющие сигналы к мускулам. Тело клетки получает информацию от многих тонких отростков-дендритов, одни из которых возбуждают, а другие тормозят клетку. Эта система аналогична простому элементу вычислительной машины. Взаимодействие элементов обеспечивает управление активностью организма и обработку информации, поступающей при восприятии.

Нервные сигналы представляют собой электрические импульсы, которые возникают при изменении ионной проводимости клеточной мембраны (рис. 5, 4).

Рис. 5, 4. Механизм проведения электрического импульса в нерве. Ходкин, Хаксли и Катц обнаружили, что ионы натрия проходят внутрь нервного волокна, меняя отрицательный заряд на положительный. Ионы калия выходят наружу, восстанавливая потенциал покоя. Этот процесс может протекать со скоростью тысяча раз в секунду при передаче спайковых потенциалов, бегущих по нерву в виде сигналов, с помощью которых мы познаем мир и управляем мышцами.

В покое центр нервного волокна заряжен отрицательно по отношению к его поверхности, однако, когда это соотношение нарушается, как, например, при стимуляции светочувствительных рецепторов сетчатки светом, центр волокна становится положительным, что и приводит к возникновению электрического тока, который распространяется по нерву в виде волны. Скорость его распространения значительно меньше, чем скорость электрического тока в проводах: в крупных волокнах электрическая волна распространяется со скоростью 100 м/сек, в наиболее мелких — менее 1 м/сек. Крупные быстропроводящие волокна имеют специальную жировую оболочку — миэлиновую оболочку, которая ограничивает каждое волокно от соседнего и повышает скорость проведения электрических потенциалов.