Формирование изображения контуров объекта

Каким же образом в мозгу кодируется зрительный образ? Каждый образ может быть охарактеризован с точки зрения его яркости, конфигурации и цвета. Упрощенно можно сказать, что выделение контуров объекта напрямую связано со степенью возбуждения светочувствительных клеток. В формировании изображения контуров объекта на сетчатке важную роль играют различия в интенсивности света. В настоящее время считается, что анализ формы воспринимаемого объекта на уровне ощущения связан с двумя факторами: во-первых, с эффектами контраста, которые обусловлены тем, что возбужденные участки сетчатки взаимодействуют между собой, и, во-вторых, с результатами деятельности специальных клеток-детекторов, которые выборочно реагируют на объекты различной пространственной ориентации.

Первое явление, связанное с взаимодействием возбужденных участков, носит название латерального торможения. Механизм латерального торможения заключается в том, что рецептор, получивший стимуляцию, тормозит возбуждение соседних клеток, вследствие чего ответное возбуждение нейронов, испытывающих воздействие одинаковой интенсивности, является слабым, в то время как нейроны, находящиеся в области перепада световой интенсивности, возбуждаются значительно сильнее. В результате кодируются границы между объектами. Поясним роль латерального торможения в кодировании границы между более и менее яркими областями изображения на примере (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Латеральное торможение как механизм выделения контура видимого объекта

Представьте, что перед глазом испытуемого находится параллелепипед. Поверхности, образующие угол, различаются по яркости, причем передняя поверхность ярче, чем боковая. Задача латерального торможения в данном случае – закодировать границу перехода от светлого к темному. Возьмем гипотетический участок сетчатки, состоящий из семи светочувствительных рецепторов. Каждый из рецепторов, находясь в активном состоянии, понижает ответ соседних рецепторов на величину, в половину меньшую своей активности. Например, рецептор, на который воздействует свет интенсивностью 20 ед., будет осуществлять торможение соседних клеток на 10 ед., а тот рецептор, который получил воздействие интенсивностью в 10 ед., – на 5 ед. Легко видеть, что ганглиозные клетки, которые соответствуют рецепторам I, II и III, останутся в покое, так как каждый из их "соседей" понизит их активность на 10 ед. (20 – 10-10 = 0). Ганглиозная клетка IV даст ответ силой в 5 ед. (20 -10 – 5 = 5). Ганглиозная клетка V даст ответ силой в -5 ед.; ганглиозные клетки VI и VII останутся в покое. Таким образом, результатом кодирования станет граница между темным и светлым участком, а избыточную информацию система проигнорирует.

Описанная в данном примере нейронная сеть реагирует на контуры: она превращает мир в штриховой рисунок. Механизм латерального торможения отражает один из аспектов порождения видимого мира силами самого рецептора. Интересной иллюстрацией действия механизма латерального торможения являются так называемые полосы Маха (рис. 7.9). Плавный переход тщета воспринимается в данном случае как полосы, причем на границе белого прямоугольника видна еще более белая полоса, а на границе черного – более черная.

Рис. 7.9. Полосы Маха:

плавный переход цвета переживается как чередование полос

Второй фактор связан с тем, что в коре головного мозга обнаружены специальные клетки-детекторы, которые выборочно реагируют на объекты различной ориентации (рис. 7.10). Первооткрыватели данного явления Д. Хьюбел и Т. Визел были удостоены Нобелевской премии по физиологии. Информация о различных конфигурациях объектов подвергается детекции в коре головного мозга с помощью механизмов, открытых Хьюбелом и Визелом.

Человеческий глаз способен воспринимать не только контуры объектов. Большинство людей обладают цветовым зрением. И если палочковые рецепторы сетчатки реагируют только на интенсивность света и соответственно формируют ахроматическое изображение, то колбочковые рецепторы, фиксируя частоту световой волны, дают нам возможность различать цвета.

Рис. 7.10. Реакция клеток-детекторов вертикального стимула