Маргарет Ливингстон. Искусство и восприятие. Биология зрения
В издательстве «Азбука-Аттикус» вышла книга Маргарет Ливингстон — нейробиолога из Гарварда. Она исследует, как восприятие искусства связано с особенностями человеческого зрения. Ливингстон говорит о нашей зрительной системе, опираясь на традиционное искусство, компьютерную графику, изображения на телеэкранах, рекламу и графический дизайн. С любезного разрешения издателя публикуем главу под названием «“ГДЕ” и “ЧТО”».
Ян Фабр. Из серии «Дань Бельгийскому Конго». 2010−2013. Вид экспозиции выставки Яна Фабра в PinchukArtCentre, Киев, 2014. Фото: © Сергей Ильин. © PinchukArtCentre, 2014
«К сожалению, нужно признать, что анализ и интерпретация цвета сильно отстают от других аспектов формального исторического искусствоведения, — писал историк искусства Джон Шерман в 1962 году. — Складывается впечатление, что у этой темы дурная или в лучшем случае сомнительная слава, и на то есть причины. Исследователи здесь редко переходят в своих рассуждениях от общих слов к конкретике и от откровенно субъективных (и даже псевдомистических) наблюдений к объективным. Возможно, объективный анализ требует более скучной и кропотливой работы, но зато в итоге приносит лучшие результаты, а в современных исследованиях перспективы и вовсе считается необходимым».
Я согласна с Шерманом в том, что стóящих исследований цвета в изобразительном искусстве почти нет. Подозреваю, что отчасти так сложилось, поскольку до недавнего времени очень мало было известно об обработке цветовой информации человеческим мозгом. Чтобы всерьез говорить о цвете в искусстве — да и вообще о цвете, — нужно понимать, что для одних аспектов зрительного восприятия он играет важную и даже решающую роль, а для других совершенно несуществен. Отдельные подсистемы зрения — например система распознавания объектов, лиц и, конечно, само цветовосприятие — тесно связаны с цветом, тогда как системы восприятия движения, глубины, разделения изображения на фигуру и фон, а также информации о положении объектов к нему нечувствительны. В этой главе мы обсудим разные виды зрительной информации, которые переносят чувствительные и нечувствительные к цвету части зрительной системы.
Долгое время в качестве элементов изобразительного искусства выделяли цвет, форму, текстуру и линию. Но еще более фундаментальный характер носит деление на цвет и светлоту. Цвет (помимо того, что помогает описать свойства поверхности предмета) может иметь эмоциональное и символическое значение, но чтобы передать форму, текстуру и линию, достаточно светлоты (это то, что вы видите на черно-белой фотографии). Пабло Пикассо метко высказался на эту тему в письме поэту Гийому Аполлинеру: «Цвет — просто символ; реальность содержится в одной лишь яркости». Художники знают, что цвет и светлота в искусстве могут выполнять разные роли. У этого есть глубокие нейробиологические основания: ведь два названных параметра анализируют разные части зрительной системы, каждая из которых отвечает за свою область в зрительном восприятии. В мозге те области, которые обрабатывают информацию о цвете, расположены на расстоянии нескольких сантиметров от тех, что анализируют светлоту, то есть части мозга, задействованные в анализе цвета и светлоты, анатомически так же далеки друг от друга, как отвечающие за зрение и слух. Начиная с самых ранних этапов обработки зрительной информации, еще в пределах глаза, анализ цвета и анализ светлоты протекают независимо друг от друга.
Более того, среди млекопитающих только в мозге приматов есть области, обрабатывающие информацию о цвете. Системой обработки светлоты, которая в эволюции появилась раньше, обладают все млекопитающие. Вероятно, поэтому именно изменения в светлоте передают самую базовую, то есть самую примитивную и нужную зрительную информацию о происходящем. Не важно, какой цвет несет в себе сигнал о светлоте, потому что те части мозга, которые анализируют наиболее существенные характеристики видимого мира, можно совершенно буквально назвать цветнослепыми.
Некоторые художники с помощью «неправильной» светлоты создают иллюзорное ощущение яркости, объема, движения и изменчивости. Прекрасный пример — который также показывает, как сложно правильно определить светлоту, — это картина Клода Моне «Впечатление. Восходящее солнце». Солнце на этой картине кажется одновременно и горячим, и холодным, и светлым, и темным. Оно как будто испускает сияние, пульсирует. Но на самом деле по черно-белой версии картины видно, что оно не ярче облаков на заднем плане. У него точно такая же светлота, как у серого, которым написаны облака. Возможно, отсутствие контраста по светлоте как раз и придает солнцу его потусторонний вид. Ведь более примитивные отделы зрительной системы (которые анализируют движение и положение объектов в пространстве) видят картину как в черно-белой версии и для них солнце почти неразличимо; но часть зрительной системы, характерная только для приматов, отчетливо видит светило благодаря цвету. Странное ощущение возникает из-за расхождения в восприятии этой части картины разными частями зрительной системы. Поскольку солнце невидимо для той ее части, которая переносит информацию о положении и движении объектов, его положение и неподвижность определяются плохо, и может показаться, что оно вибрирует или пульсирует. Солнце у Моне действительно и светлое, и темное, и горячее, и холодное одновременно. Если искусственно сделать солнце на картине более ярким, чем небо, каким оно, конечно, и должно быть на самом деле, ощущение призрачности пропадет, а светило, как ни парадоксально, потеряет свою выразительность.
Разные части мозга обрабатывают разные виды информации. Первое фундаментальное деление в мозге — это деление на сенсорную (входной сигнал) и моторную систему (выходной сигнал). Мы в основном говорим о сенсорной системе, разные части которой обеспечивают зрение, слух, осязание, запах и вкус. Сенсорная система организована иерархически: зоны, которые называются низшими, непосредственно связаны с органами чувств на периферии, а высшие зоны последовательно соединяются друг с другом и в конце концов сходятся в расположенные ближе к передней части мозга полимодальные ассоциативные зоны (те получают сигналы разных модальностей, например от зрения, слуха и осязания). Пока что нейробиологи точно не знают, как устроено сознание и чувство собственного «я», но в целом соглашаются с тем, что это в большой степени продукт деятельности нейронов в этих высших ассоциативных зонах.
Когда мы воспринимаем говорящего человека, сигналы от глаз обрабатывает набор зрительных зон, причем первая зона находится в самой задней части мозга, затем сигнал переходит во вторую зрительную зону, потом в третью и т.д., и все они расположены одна за другой все ближе к передней части мозга. Саму речь говорящего обрабатывают слуховые зоны, образующие похожую иерархию. Высшие зоны интегрируют друг с другом зрительный и слуховой перцептивные образы. Когда мы отвечаем, высшие моторные зоны, в том числе речевые, посылают сигналы моторным зонам все более низкого уровня, и самые последние из них дают сигналы непосредственно мышцам рта, гортани, диафрагмы и языка, заставляя эти органы двигаться так, чтобы получалась речь.
В целом зрительная система — это один проводящий путь. У млекопитающих он проходит от глаз к таламусу, промежуточному пункту в середине мозга; оттуда к первой (или первичной) зрительной коре; а затем к зрительным зонам все более высокого уровня. Но при ближайшем рассмотрении оказывается, что этот путь состоит из двух основных частей. Анатомически это две отдельные системы, но они переплетаются между собой и параллельно переносят разные виды зрительной информации от сетчатки к различным иерархически организованным зонам обработки информации в мозге.
Это разделение в зрительном пути начинается уже на уровне сетчатки. Здесь существует два основных класса ганглиозных клеток (которые через биполярные и горизонтальные клетки получают сигнал от фоторецепторов) — это крупные и мелкие клетки. Оба типа встречаются по всей сетчатке. Каждая ганглиозная клетка получает сигналы от небольшого числа фоторецепторов, а значит, реагирует на свет лишь с очень маленького участка сетчатки. Ветвистые структуры в верхней части ганглиозной клетки — это дендриты, которые и получают эти сигналы. Чем крупнее дендритное разветвление, тем больше рецептивное поле клетки, то есть область видимого пространства, на которую данная клетка реагирует. Размер рецептивного поля ганглиозной клетки зависит от места ее расположения. У периферических ганглиозных клеток большие, кустистые дендритные структуры, а у тех, что расположены ближе к центральной ямке, куда проецируется центральная часть поля зрения, эти структуры весьма невелики, поэтому у нашего зрения такая разная резкость в зависимости от отклонения от центра. Рецептивные поля ганглиозных клеток в области центральной ямки настолько крошечные, что каждая из них получает сигналы всего от одного фоторецептора; самый мелкий предмет, какой вы можете разглядеть, соответствует размеру этих рецептивных полей. В любом месте сетчатки у крупных ганглиозных клеток размер дендритных структур больше, чем у мелких (следовательно, у них и более крупные рецептивные поля). И мелкие, и крупные ганглиозные клетки посылают сигнал из глаза в таламус по зрительному нерву. Заостренный хвостик внизу каждой клетки на рисунке выше — это начало отростка, по которому ее сигнал идет в мозг.
В мозге информационный поток продолжает идти по двум отдельным путям. Мелкие и крупные ганглиозные клетки посылают сигналы в разные слои зрительного подотдела таламуса. Отростки из соответствующих двух подотделов таламуса идут в разные слои первичной зрительной коры. Этот клубок связей мог бы быть интересен одним только анатомам, если бы не то, что разные подсистемы здесь переносят разные виды зрительной информации.
Более старая в эволюционном плане подструктура из крупных клеток, общая у нас с другими млекопитающими, отвечает за восприятие движения , пространства, положения объекта, глубины (объемности), за отделение фигуры от фона и другие аспекты пространственной организации воспринимаемого изображения. Я буду называть эту систему системой «Где» (некоторые ученые называют ее системой «Как», поскольку она отчасти определяет то, как мы физически взаимодействуем с окружающим миром). Мелкоклеточная подструктура хорошо развита только у приматов и отвечает за нашу способность распознавать объекты, в том числе лица, с учетом цвета и сложных деталей. Эту более новую систему я буду называть системой «Что».
Система «Где» и система «Что» отличаются друг от друга не только по виду информации, которую они извлекают об окружающем мире. Также есть четыре существенных отличия в том, как именно они обрабатывают полученный световой сигнал.
Избирательность к цвету: система «Где» цветнослепая; система «Что» использует и переносит информацию о цвете.
Чувствительность к контрастам: система «Где» отличается высокой чувствительностью к маленьким различиям в яркости (высокая чувствительность к контрасту); системе «Что» требуется бóльшая разница в яркости (низкая чувствительность к контрасту).
Скорость: система «Где» действует быстрее, а ее ответы более кратковременны по сравнению с системой «Что». Для наших рассуждений о статичном искусстве это в основном не имеет значения, но временнЫе характеристики системы «Где», без сомнения, важны для той роли, которую она играет в восприятии движения.
Резкость (разрешение): у системы «Где» резкость несколько ниже, чем у системы «Что» (в два или три раза).
Сама система «Что» делится на систему распознавания форм, в которой используются и цвет, и светлота, и систему цветовосприятия с низким разрешением, которая определяет цвета поверхностей.
Может быть непонятно, во-первых, зачем делить зрительные задачи между двумя подсистемами, а во-вторых, почему, если уж есть такое разделение, эти две подсистемы должны различаться по цветовосприятию, резкости, скорости и чувствительности к контрастам. Этому есть два объяснения, и оба связаны с эволюцией.
Первое объяснение касается механизма, с помощью которого эволюция адаптирует к новым задачам уже действующие системы. Система «Где» у человека и других приматов похожа на всю зрительную систему млекопитающих более низких рангов в целом. Эти млекопитающие по сравнению с нами менее чувствительны к цвету и не могут так подробно исследовать объекты и так точно различать их на основе внешних признаков. Зато они чувствительны к движению, потому что движущийся объект — будь то добыча или хищник — скорее всего, важен. Кроме того, поскольку примитивная зрительная система млекопитающих должна была использоваться, чтобы животные могли перемещаться в трехмерном пространстве, ей необходимо было обрабатывать информацию о глубине и отличать объекты от фона. С развитием более сложной зрительной системы приматов с ее более высоким разрешением исходная система, вероятно, сохранилась потому, что проще было наложить систему цветовосприятия и распознавания объектов на действующую систему навигации, чем объединять их. Система «Что» у приматов — своеобразная надстройка.
На втором уровне деление нашей зрительной системы на подсистемы можно объяснить тем, что эффективнее переносить информацию, связанную с внешним видом объекта (формой и цветом) и производить соответствующие вычисления отдельно от информации о его положении и траектории. Тогда отдельные подсистемы можно наилучшим образом приспособить к тем видам обработки информации, которые им приходится выполнять. Мозгу нужно соединить клетки, которые переносят один и тот же вид информации, чтобы ее обработать, а соединять расположенные по соседству клетки эффективнее, чем связывать между собой те, что разделены анатомически.
Инженеры в сфере телевидения высокой четкости (HDTV) , а также компьютерной графики и анимации пришли к похожим стратегиям проектирования через целую вечность после того, как они реализовались в нашей зрительной системе. Люди научились очень эффективно передавать картинку так, чтобы не нужно было постоянно переопределять значения для каждого пикселя подвижного изображения. Достаточно переопределить только те пиксели, где что-то изменилось (как и делает наша система «Где»). Более сложный алгоритм может определять форму и цвет объекта независимо от его положения и траектории, аналогично функциональному разделению в зрительной системе.
Из всех различий между системой «Что» и системой «Где» мы больше всего будем говорить о том, как каждая из них обращается с цветом. Система «Где» цветнослепая — она видит мир в оттенках серого, а система «Что» цветоизбирательная. Под цветоизбирательностью здесь подразумеваются две вещи: во-первых, клетки подсистемы цветовосприятия в рамках системы «Что» собственно кодируют цвет поверхности; во-вторых, клетки подсистемы распознавания форм определяют границы с помощью различий в цвете, не учитывая, какими именно цветами эти границы заданы.
