Если бы, скажем, вы снимали что-то на видеокамеру и резко ею мотали из стороны в сторону, то что вы увидели бы потом на записи? Мельтешение от которого быстро может разболеться голова. А вот наши глаза совершают резкие скачкообразные движения постоянно, но при этом мы все равно видим стабильную картинку. Как так получается?
Недавние исследования немецких специалистов из Технического университета Берлина объясняют это одним любопытным механизмом, который наш мозг «включает», чтобы картинка не дергалась. Называется это саккадическое подавление.
Что такое саккады и зачем они нужны
Быстрые, почти мгновенные движения глаз, которые мы совершаем, когда переводим взгляд с одного предмета на другой называются саккады. Зачем они вообще нужны? А дело вот в чем: наше зрение – это не широкоугольный объектив камеры, который фиксирует обстановку вокруг одинаково четко.
В глазе есть лишь крошечная область в центре сетчатки, так называемая «центральная ямка», которая и дает нам самую ясную, детальную картинку. И чтобы что-то хорошенько рассмотреть, нужно направить эту «ямку» точно на интересующий объект. А чтобы оглядеть, скажем, комнату, или прочитать страницу в книге, глазам приходится постоянно «скакать», наводя эту зону четкости на разные точки.
Представьте, что читаете газету или журнал. Вы же не видите всю страницу целиком одинаково четко? Взгляд перемещается по строчкам, делая короткие остановки на словах или их группах. Эти быстрые движения глаз и есть саккады.
Обычная саккада длится всего 20-100 миллисекунд (это тысячные доли секунды). За одну секунду глаз может совершить до 5 таких движений. И самое интересное, что мы их совершенно не замечаем. Хотя если глаз так быстро движется, изображение на сетчатке по всем законам физики должно смазываться, как при быстром движении камеры. В чём же дело?
Оказывается мозг активно «приглушает» зрительный сигнал как раз в тот момент, когда глаза совершают сакады. Это не значит, что мы на эти мгновения полностью слепнем. Скорее, мозг значительно снижает свою чувствительность к зрительной информации, особенно к той, которая могла бы создать ощущение смазанности или резкого скачка картинки.
Именно это и показали в своем эксперименте ученые из Берлина (ссылка на исследование в комментариях). Они усадили добровольцев перед экраном, где мелькали контрастные черно-белые полосы. При этом система слежения за глазами точно фиксировала, куда смотрит человек и когда его глаз готовится совершить саккаду.
И вот какую штуку они придумали: в определенные моменты они синхронизировали движение полос на экране так, чтобы оно идеально совпадало по направлению и скорости с саккадой участника. То есть, пока глаз переводил взгляд из точки А в точку Б, полосы на экране смещались ровно на столько же. По идее, человек должен был бы видеть, как эти полосы плавно движутся.
Но тут начало происходить совершенно неожиданное. Когда движение картинки на экране совпадало с движением глаза, испытуемые переставали воспринимать это как движение. Вместо этого им чудилось, будто полосы просто исчезли в одном месте и тут же, возникли в другом. Будто телепортировались.
Отчего так? Да оттого, что мозг во время саккады заранее ожидает, что мир «смажется», и активно давит этот ожидаемый «визуальный шум». А когда внешний мир (эти полосы) двигался синхронно с глазом, это движение тоже попадало под «фильтр».
Как подметил сам профессор Рольфс: «Нашему восприятию мешают не только ограничения органов чувств, но и сами действия, которые мы совершаем глазами». То есть, сам факт движения глаз активно влияет на то, что и как мы видим.
Занятно, что на это явление ученые обратили внимание еще в позапрошлом веке. В 1898 году немецкие исследователи Эрдманн и Додж заметили, что человек не может увидеть движение собственных глаз в зеркале во время саккады. Можете сами попробовать. Как ни старайтесь, вы увидите свое отражение либо до перемещения взгляда, либо после, но не сам процесс движения. Мозг просто «вырезает» этот момент из нашего восприятия.
Зачем нужно саккадическое подавление
Главная причина, по которой природа снабдила нас этим механизмом – это, конечно же, обеспечение стабильности видимого мира. Только представьте, что было бы, не будь механизма саккадического подавления. Каждый раз, когда вы переводили бы взгляд, мир перед глазами смазывался бы и дергался.
Читать книги было бы мучением, да и просто ходить по улице тем еще испытанием. Мы бы жили в состоянии вечного визуального сумбура, как будто смотрим фильм, снятый дрожащими руками.
Так что наш мозг, как видеомонтажер, просто сильно приглушает яркость картинки на время смены планов – то есть, как раз во время саккады. Как именно это происходит? Тут ученые до сих пор ведут споры о некоторых деталях, но в общих чертах картина вырисовывается такая:
- Подавляется не все зрение целиком, а в основном чувствительность к быстрым изменениям и к тому, что могло бы вызвать ощущение размытия;
- «Приглушение» происходит не на уровне сетчатки глаза, а глубже - в зрительных центрах нашего головного мозга.;
- Мозг работает на опережение. Подавление начинается еще до того, как глаз физически начал свое движение. Примерно за 50-75 тысячных долей секунды до начала саккады чувствительность уже падает. Это говорит о том, что мозг предвидит собственное дальнейшее действие.
Как мозг узнает, что вот-вот будет саккада
Считается, что тут важную роль играет механизм, который назвали «копия эфферентной команды». Суть его в том, что, когда двигательные центры мозга отдают команду глазным мышцам, они одновременно посылают копию этой команды в те области мозга, которые отвечают за зрение, чтобы приготовиться к подавлению сигнала.
Кроме того, похоже, что саккадическое подавление тесно связано и с механизмами нашего внимания. Когда мы переводим взгляд, мы обычно переносим и фокус нашего внимания. Возможно, это подавление помогает нам не отвлекаться на сам процесс движения глаз и тот зрительный «шум», который он создает, позволяя быстрее сосредоточиться на новом, интересующем нас объекте. Так что мозг не просто «слепнет» на мгновение, он очень умно перераспределяет свои ресурсы!
Какая практическая польза от изучения саккадического подавления
Понимание механизмов саккадического подавления открывает довольно любопытные горизонты в самых разных областях. Например, в области дополненной и виртуальной реальности.
Создатели шлемов виртуальной реальности и очков дополненной реальности постоянно работают над тем, чтобы виртуальный мир выглядел максимально естественно и не вызывал у человека дискомфорта или, не дай бог, укачивания. Одна из задач обновление картинки перед глазами пользователя так, чтобы он не замечал «рывков» и задержек. Зная о моментах саккадического подавления, можно попытаться «подгадать» обновление изображения именно под эти короткие периоды «временной слепоты». Результат – более плавная, бесшовная и комфортная виртуальная реальность.
Еще одна область применения — нейроинтерфейсы «мозг-компьютер». Системы, которые позволяют управлять техникой силой мысли или даже просто движением глаз, тоже могут стать намного совершеннее, если будут учитывать эти естественные «слепые зоны» зрения. Это поможет сделать взаимодействие человека с умными машинами более точным и интуитивно понятным.
Есть даже идеи применить знания о саккадическом подавлении для экономии энергии в экранах смартфонов и планшетов. Или для создания эффекта более высокой частоты обновления картинки, чем есть на самом деле, «обманывая» восприятие в нужные моменты.
По сути, изучая наши врожденные «микро-слепоты», мы можем сделать технологии более, если можно так выразиться, «человечными», подстраивая их под то, как мы на самом деле видим и воспринимаем окружающий мир.
«Наука для всех» в Telegram: https://t.me/sci_popular