Читать книгу Визуальное мышление. Скрытые таланты людей, которые думают картинками, схемами и абстракциями - - Страница 6

В краткой истории открытия зрительной коры профессор Митчелл Гликштейн выделяет ряд врачей, которые занимались различными аспектами того, как мозг обрабатывает зрение. В восемнадцатом веке Франческо Дженнари, студент-медик из Пармы (Италия), поместив мозг на лед и препарировав его, «положил начало изучению церебральной архитектоники: региональных различий в кортикальных структурах головного мозга». Шотландский невролог Дэвид Ферье, ища часть мозга, отвечающую за зрение, случайно обнаружил визуально управляемое движение, или моторную функцию. С появлением русских винтовок с пулями, не разбивавшими черепа солдат, японский врач Тацудзи Иноуэ смог зафиксировать точки входа и выхода пуль и вычислить места повреждения зрения в мозге двадцати девяти солдат, раненных в русско-японской войне 1904–1905 гг. Примерно в то же время британские неврологи придумали еще более доступную схему работы с ранеными английскими солдатами. Две части мозга, наиболее тесно связанные с речью, названы в честь двух неврологов девятнадцатого века, которые выяснили, что разные части мозга играют свои уникальные роли. Французский хирург Поль Брока определил языковой центр в мозге после работы с пациентом, потерявшим речь (афазия). Вскрытие показало наличие поражения в левой лобной части головного мозга, что было подтверждено и последующими вскрытиями. Человек с травмой зоны Брока часто способен полностью понимать речь, но не может говорить. Под влиянием работ Брока польский нейрохирург Карл Вернике обнаружил аналогичную картину поражений, только на этот раз в задней части височной доли. Зона Брока стала ассоциироваться с производством речи, способностью образовывать слова. Она также отвечает за наше понимание невербальных сигналов, таких как жесты, мимика и язык тела. Эта часть мозга находится рядом с моторной корой, позволяющей мозгу управлять ртом. Центр Вернике является локусом понимания речи и близок к слуховой коре. У человека с поврежденным центром Вернике мысли часто путаются, но он способен говорить, хотя и полную бессмыслицу. Эти области связаны большим ассоциативным пучком, не содержащим информации, но объединяющим и речь, и понимание в мышление. Человеческий пучок больше, чем у любого животного, что объясняет сложность нашей речи и искушенность общения.

В то же время эксперименты с использованием высокоинвазивных процедур, включая подключение электродов к различным частям мозга человека или животного, были направлены на то, чтобы показать, как именно функционирует мозг. В одном эксперименте стимуляция одной стороны мозга вызывала движение противоположной стороны тела. Два немецких физиолога, Густав Фрич и Эдуард Хитциг, лечили солдат с травмами головы и выясняли, какая часть мозга способствует произвольным движениям тела, воздействуя электростимуляцией на их затылки. Затем они повторили этот эксперимент с собакой. Дэвид Феррье, тот самый невролог, который открыл моторную функцию, удалял префронтальные доли обезьян и обнаружил, что их двигательные навыки при этом не повреждались, но личностные свойства серьезно изменялись. (Он также станет первым ученым, которого будут судить по Закону 1876 года о жестоком обращении с животными.)

Оливер Сакс отмечал, что большинство исследований мозга исходят из недостатка способностей. Пациент с определенным дефицитом дает ученым возможность найти причину и, обнаружив ее, узнать о работе мозга. В самом известном раннем случае железнодорожный рабочий по имени Финеас Гейдж получил травму головного мозга после того, как железный прут вошел в его голову над скулой и вышел из верхней части черепа. Он чудом выжил и был способен видеть, ходить и говорить, но его личность претерпела существенные изменения, он постоянно извергал ругательства и пренебрегал правилами приличия. Возможно, этот случай впервые приподнял завесу над тайной функцией префронтальной коры. В 2012 году, более 170 лет спустя, исследователи из Лаборатории нейровизуализации Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, используя комбинацию высокотехнологичной аппаратуры и 110 изображений виртуального черепа Гейджа, предприняли новую попытку объяснить утрату исполнительных и эмоциональных функций и то, как это проливает свет на последствия черепно-мозговой травмы и дегенеративных состояний, таких как деменция.

Со временем были разработаны инструменты, позволяющие исследователям заглядывать внутрь мозга без подобных инвазивных процедур. ПЭТ-сканирование[7] уступило место ЭЭГ[8], компьютерной томографии и МРТ, которые создают высокоточные изображения головного мозга и используются для диагностики травм головного мозга, опухолей, деменции, инсультов и многого другого. Технология фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) развивает технологии еще на шаг вперед и показывает деятельность головного мозга.

Тем не менее фМРТ имеет свои ограничения. Я думаю об этой технологии, как о самолете, летающем ночью над комплексом домов, получающих электричество от одного генератора. Если в дом, где находится генератор, ударит молния, свет погаснет во всех домах. Если же молния попадет в дом, в котором нет генератора, все остальные дома останутся освещенными. Технология фМРТ не дает возможности понять, где находится «генератор», если только по нему не ударить, например, электродом. Она не позволяет нам определить, какой узел нейронной сети включает всю систему.

Важно помнить, что мы полагаемся на зрение больше, чем на любой другой орган чувств. Исследования показали, что и рассматривание объекта, и его воображение активируют широкую область затылочной (зрительной) коры и височной доли. Эти две области составляют примерно треть мозга – обширные владения. Первичная зрительная кора у всех млекопитающих расположена в задней части головы, в самой дальней точке от глаз. Мы не знаем, почему она там оказалась, но это место, возможно, способствовало эволюционному развитию восприятия глубины.

Данные хранятся в основном в трех местах вашего мозга. Я думаю о них как о вашем телефоне, рабочем столе компьютера и облаке для архивирования подробных визуальных воспоминаний. Зрительная информация поступает в мозг через глаза и сохраняется в задней части мозга, в зрительной коре, вместе с некоторыми связанными структурами, включая центр сна. Представьте, что вы делаете фотографии или видео с помощью телефона. Вы собираетесь хранить свои фотографии на рабочем столе (средний мозг), где их можно разложить по папкам (собаки, семья, деревья, видео и т. д.), или вам нужно убрать их в облако? Лобная кора сортирует все эти данные точно так же, как это делаете вы, когда решаете, как упорядочить свои фотографии, перемещая их на рабочий стол или в облако. В лобной коре ничего не хранится, но именно там вы организуете свою жизнь – процесс, известный как исполнительное функционирование. Так каким же образом вся информация перемещается по мозгу? Продолжим аналогию: с помощью высокоскоростного интернета, беспроводной связи Wi-Fi или коммутируемого доступа.

На протяжении многих лет я участвовала в многочисленных исследованиях головного мозга, каждый раз с использованием новейших технологий. Как исследовательница я всегда стремилась изучать неизвестные аспекты собственного мозга, чтобы увидеть, смогу ли я раскрыть тайны аутизма и лучше понять, как я думаю. Первое сканирование моего мозга было выполнено на современном на тот момент МРТ-сканере в 1987 году Эриком Куршеном в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего. Передовое оборудование позволило рассмотреть структуры мозга в красивых и четких деталях. Увидев эти изображения, я воскликнула: «Путешествие к центру моего мозга!» Благодаря этому сканированию я поняла, почему у меня проблемы с равновесием. Мой мозжечок на 20 процентов меньше, чем в головном мозге среднестатистического человека. Другое МРТ-исследование объяснило, почему у меня был высокий уровень тревожности до того, как я начала принимать антидепрессанты. Мое миндалевидное тело (эмоциональный центр) было в три раза больше, чем обычно.

Сканы, которые меня действительно поразили, были сделаны в Университете Питтсбурга Уолтером Шнайдером, изобретателем новой технологии под названием диффузионно-тензорная визуализация (ДТВ, DTI). Его исследования финансировались Министерством обороны в целях разработки системы отслеживания волокон высокой четкости (highdefinition fiber tracking – HDFT) для диагностики травм головы у солдат. Эта технология позволяет визуализировать пучки нервных волокон, передающих информацию между различными частями мозга, и различать, где нервные волокна соединяются друг с другом, а где всего лишь пересекаются. Мои речевые конструкции были намного короче, чем в контрольной группе, что объясняет, почему в детстве я страдала задержкой речевого развития. Но мои визуальные показатели были запредельными – на 400 процентов выше, чем у контрольной группы. Как если бы от задней зрительной коры к лобной коре моего мозга была протянута мощная магистральная линия интернета. Это послужило научным доказательством того, что я мыслю визуально.

Именно глубоко внутри проводящих путей головного мозга все процессы либо протекают гладко, либо у ребенка возникают задержки развития. Один пример: ваши глаза постоянно находятся в движении, однако слова на странице при чтении не прыгают. Это происходит благодаря эффективной стабилизации взгляда в вашем мозге. Плохая работа нейронной сети может стать причиной визуальных искажений или быстрой утомляемости глаз, а также заикания, дислексии и неспособности к обучению.

Важно помнить, что визуальное мышление не связано со зрением как таковым. Все видят, если только не слепы. Визуальное мышление относится к тому, как работает ум, как мы воспринимаем окружающий мир. Несмотря на все попытки проникнуть в мозг, у нас до сих пор нет достаточной информации о том, как создаются и хранятся визуальные файлы или как человек получает к ним доступ. Известно, что, хотя зрительное восприятие и мысленные образы используют одни и те же структуры мозга, они представляют собой разные нейронные явления. Проще говоря, мы понимаем, как работает физиологическое оборудование, но не программное обеспечение.

Нейробиолог Сью-Хен Ли и ее коллеги из Национального института психического здоровья в Бетесде, штат Мэриленд, продвинулись ближе к цели после того, как смогли провести различие между процессами обработки информации мозгом, если человек на объект смотрит и если тот же объект предстает перед его мысленным взором. Когда испытуемого попросили посмотреть на изображения обычных предметов, сканирование фМРТ показало, что информация из глаз поступает в точку ввода в первичной зрительной коре, а затем продвигается вперед в области среднего мозга для обработки и хранения. Когда тех же испытуемых попросили представить эти же предметы, активировались области среднего мозга; информация перемещалась по проводящим путям по-разному.

В более раннем исследовании мужчина в возрасте тридцати лет получил травму головы, лишившую его способности распознавать обычные объекты, хотя он мог представить их в своем воображении. После того как ему дали чашку кофе, он к ней не притронулся, потому что не мог опознать ее среди других предметов на столе. Посещая буфет, он был не в состоянии отличить одно блюдо от другого. Они все выглядели как цветные шарики. Когда ему показывали обычные предметы, он думал, что плоскогубцы – это прищепка. Сканирование мозга выявило возможное повреждение затылочно-височной области – области мозга, обрабатывающей визуальную информацию. Подобные исследования начали прояснять тот факт, что наш внутренний взор полагается на процессор, отличный от зрительной коры.

Еще ранее новаторские исследования в области неврологии начали фокусироваться на визуальном мышлении. В авторитетной научной статье 1983 года нейропсихолог Мортимер Мишкин описал два независимых друг от друга корковых процесса в мозге обезьян: один для идентификации объектов, а другой – для их обнаружения. Исследование, проведенное в Японии в 2015 году, изучало активность мозга, связанную с вербальным и визуальным мышлением. Кадзуо Нисимура и его коллеги попросили испытуемых вспомнить по очереди знаменитый японский храм, двенадцать знаков зодиака и личный разговор, в то время как исследователи измеряли сопутствующую неврологическую активность. Они обнаружили «значительную корреляцию между субъективной „яркостью“ визуальных образов человека и активностью в зрительной области». Магнитоэнцефалография (МЭГ) показала, что люди, мыслящие визуально, во время выполнения этих задач создают образы, в то время как люди с вербальным мышлением больше полагаются на внутренний диалог. Этот метод позволяет измерять быстрые изменения в активированных зонах мозга.

Последующие исследования связали два разных типа мышления, визуальное и вербальное, с правым и левым полушариями мозга. В 2019 году Цюньлин Чен из Юго-Западного университета в Чунцине (Китай), который вместе с коллегой изучал основные когнитивные механизмы творчества, дал четыре задания 502 испытуемым. Их попросили улучшить игрушечного слона, чтобы сделать его более забавным, нарисовать десять фигурок, придумать альтернативные варианты использования консервной банки и посмотреть на неоднозначные изображения, а затем перечислить идеи, которые в связи с ними возникают. МРТ-сканирование мозга показало, что у тех, кто легко справлялся с этими заданиями (люди с визуальным мышлением), наблюдалась более высокая концентрация активности в правом полушарии мозга, в то время как у мыслящих вербально, которым приходилось труднее, наблюдалась большая активность левого полушария мозга. Эти идеи вылились в представление о правополушарном/левополушарном мышлении. Правое полушарие мозга связано с творчеством, а речь и самоорганизация связаны с активностью левого полушария.

Роджер Сперри, американский нейропсихолог и нейробиолог, чьи эксперименты с животными по рассечению мозолистого тела мозга принесли ему Нобелевскую премию по физиологии, признал существование предвзятого отношения к левополушарному мышлению, утверждая, что мы склонны «пренебрегать невербальной формой интеллекта». Последнее, по его словам, проявляется в том, что «современное общество дискриминирует правое полушарие».

После того как исследования начали подтверждать существование визуального мышления, я стала понимать, что вербально-визуальная конструкция является слишком упрощенной. Понятие визуального и вербального мышления – это не бинарная альтернатива «или/или», оно скорее описывает конечные точки спектра, куда попадаем мы все, причем некоторые из нас гораздо ближе к одному концу, чем к другому. Исследование Чена, по сути, подчеркнуло тот факт, что «баланс полушарий» между областями мозга имеет важное значение для вербального мышления. Границы между типами мышления не так-то легко провести ни в самом мозге, ни в навыках, которыми отличаются разные виды мозга. Можно мыслить вербально и иметь математические способности или быть гениальным ученым и увлеченно писать стихи.

Нейрогенетика мозга – еще более сложная наука. Некоторые исследователи выдвинули гипотезу о том, что гены, делающие мозг большим, связаны с генами, способствующими аутизму, что предполагает геномный компромисс: более высокий интеллект за счет утраты отдельных социальных и эмоциональных навыков. Недавние исследования методом секвенирования показывают, что за аутизм отвечает большое количество генов. Доктор Камилло Томас Гуалтьери, детский психиатр из Северной Каролины, называет их «аддитивными факторами с небольшим эффектом». Это объясняет, почему аутизм проявляется в широком спектре – от нескольких характерных признаков до инвалидности. Сложность нашей генетической структуры обеспечивает людям способность адаптироваться к самой разнообразной окружающей среде. Цена же такова, что несколько человек станут тяжелыми инвалидами.

Другие подобные компенсации наблюдались у людей, слепых от рождения; все это ценное пространство мозга может быть перепрофилировано для других функций. В исследовании Раши Пант и ее коллег из Университета Джонса Хопкинса ученые смогли показать, что люди, слепые от рождения, используют части своей зрительной коры для решения математических уравнений, ответов на общие вопросы (да-нет) и выполнения задач на значения слов, в то время как те, кто ослеп в течение жизни, подобного не демонстрируют. Это показывает, что существуют каналы связи между зрительной и языковой системами.

Одна из лучших аналогий, которые я нашла для описания того, как работает визуальное мышление, – это то, как некоторые слепые люди учатся ориентироваться с помощью эхолокации, чаще всего используемой летучими мышами. Летучая мышь издает высокочастотные щелкающие звуки и использует эхо для обнаружения добычи и любых препятствий на своем пути. Эхолокация позволяет летучим мышам «видеть» с помощью звука. Около 25 процентов слепых людей учатся эхолокации, издавая щелчки языком или пальцами или постукивая тростью, чтобы «видеть» как слуховой корой, так и перепрофилированной зрительной корой. Мастер эхолокации способен определить форму, движение и местоположение крупных объектов. Похоже, что мозг может адаптироваться к использованию звука (невизуальной информации) для выполнения задач визуального восприятия. У очень молодого человека мозг обладает большой гибкостью для перепрофилирования. Другое интересное исследование показало, что, если слепые от рождения люди занимались алгеброй, их мозг задействовал зрительную кору, которая не получала входящей информации от глаз. Это не относится к зрячим людям. Изначально существенная часть мозга предназначается для визуального мышления. Если она не используется по назначению, эта область передается под другую функцию. Мозг не позволит ценному пространству пустовать. Это исследование также предполагает, что мозг служит для создания изображений. Если глаза перестают предоставлять информацию, мозг учится создавать изображения, используя другие органы чувств.

Крайним примером является Мэтью Уитакер, которого я впервые увидела в программе «60 минут». У Мэтью, родившегося преждевременно, в двадцать четыре недели, практически не было шансов выжить. Он бросил вызов судьбе и выжил вопреки ожиданиям. Но ослеп в результате заболевания, известного как ретинопатия недоношенных. Когда ему исполнилось три года, дедушка подарил ему небольшое цифровое пианино. Мэтью сразу же начал на нем играть, легко подбирая на слух мелодии знакомых песен, например «Мерцай, мерцай, маленькая звездочка». В возрасте пяти лет Мэтью стал самым молодым учеником, поступившим в нью-йоркскую Музыкальную школу Филомена М. Д'Агостино Гринберга для слепых и слабовидящих. Его учительница сообщила, что на следующее утро после того, как он прослушал фортепианный квинтет Дворжака, она услышала, как он играл не только партию фортепиано, но и все четыре партии струнных. Сейчас Мэтью путешествует по миру, профессионально исполняя джаз.

Доктор Чарльз Лимб, изучающий нейронные сети художников и музыкантов, сканировал мозг Мэтью, пока тот играл на клавишных, слушал свою любимую музыку, а затем – скучную лекцию. Во время лекции зрительная кора Мэтью бездействовала. Когда же он слушал свою любимую музыку, активировалась вся зрительная кора. Лимб высказал наблюдение: «Похоже, что его мозг берет ту часть ткани, которая не стимулируется зрением, и использует ее или, возможно, с ее помощью воспринимает музыку».

По крайней мере двенадцать новейших исследований мозговой активности, проведенных за последние несколько лет, были сосредоточены на визуальном мышлении и на том, как оно проявляется в различных частях мозга. Новое поколение сканеров способно быстрее и точнее обнаруживать активированные области мозга. Тем не менее современные технологии МРТ по-прежнему могут давать искаженные результаты по вине неточно или неполно прописанных методов, что затрудняет воспроизведение исследований. В своей собственной области знаний я неоднократно сталкивалась с тем, что в разделе «Методы» упускаются важные детали – например, как выбирались испытуемые, породы свиньи или ингредиенты в корме. Подобно преломлению солнечного света в скотопрогонном коридоре, эти тревожные мелочи бросаются мне в глаза. Противоречивые результаты в исследованиях МРТ могут быть связаны с такими, казалось бы, незначительными несоответствиями, как время подачи подсказок испытуемым или продолжительность решения каждой задачи. Но также они могут быть продуктом все той же предвзятости подтверждения[9], которую мы уже наблюдали в действии: большинство визуальных тестов разрабатываются и проводятся психологами, чаще всего мыслящими вербально. В зависимости от того, кто анализирует эксперимент, результаты могут противоречить друг другу или быть искаженными. Пространственные визуализаторы и предметные визуализаторы видят мир по-разному, что будет рассмотрено нами далее.