Почему наше восприятие окружающего мира строится на гипотезах
Чтобы понять, как устроен мир, ученые выдвигают гипотезы. Схожим образом действует человеческий мозг: интерпретирует данные и заполняет пробелы, чтобы объяснить происходящее, — и порой ошибается. В книге «За секунду до: как мозг конструирует будущее, которое становится настоящим» («Манн, Иванов и Фербер»), переведенной на русский язык Алексеем Захаровым, когнитивный нейробиолог Дэниэл Йон рассказывает, как формируется наше представление об окружающем мире и почему оно время от времени оторвано от реальности. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом о том, почему мы можем увидеть совсем не то, что нам показывают.
Сейчас психологи и нейробиологи обращаются к математике, чтобы понять, как мозг формирует гипотезы и вычисляет выводы. Одной из идей, преобразивших современную нейробиологию, стало предположение, что наш мозг на самом деле байесовский.
Это название дано в честь далекого предтечи теории вероятностей Томаса Байеса. Преподобный Байес жил в XVIII веке, и его круг интересов мог показаться необычным для священника. Он стремился разобраться в азартных играх вроде бросания монеток и костей, а также оценить вероятность разных результатов. Поэтому, наверное, не стоит удивляться, что он разработал ряд математических правил, которые и сейчас помогают нам количественно оценить вероятность тех или иных событий.
Байеса прославила названная в его честь теорема, которая утверждает, что, выдвигая гипотезы по поводу окружающего мира, мы не должны полагаться только на входящие данные*Bayes T. An essay towards solving a problem in the doctrine of chance. By the late Rev Mr Bayes, FRS communicated by Mr Price, in a letter to John Canton, AMFRS // Philosophical Transactions of the Royal Society, 1763 // doi.org/10.1098/rstl.1763.0053.. Любые данные, которые мы получаем, должны быть сопоставлены с имеющимися знаниями о том, что может быть правдой, — то есть с нашей оценкой априорной вероятности.
Из-за нашего стандартного понимания того, что такое рациональное мышление, это утверждение может противоречить интуиции: если мы мыслим ясно, то должны в первую очередь сосредоточиться на получаемых данных, а не опираться на имеющиеся воззрения, разве нет? Но если немного поразмыслить, то вероятностный метод мышления окажется крайне полезным.
Представьте, что вы ночью смотрите на звезды. Вдруг по небу проносится что-то похожее на летающую тарелку — вот она здесь, а вот ее уже и нет. Что вы должны подумать? Если опираться только на данные, все выглядит так, словно у вас только что произошел близкий контакт с неземной жизнью. Однако у вас есть не одни свежие визуальные данные. Например, вы можете знать, что как раз сегодня вечером на орбиту должны выводить новый спутник, и он вполне может пролететь именно там, где вы его увидите. Или вы вспомните, что несносному соседскому мальчишке подарили на день рождения квадрокоптер, который он любит запускать по ночам. Эти уже имеющиеся варианты снижают вероятность того, что вы на самом деле увидели в ночном небе инопланетянина. С байесовской точки зрения, ваши выводы должны основываться на том, какое событие наиболее вероятно. Так что звонить в НАСА рановато.
Байес и его последователи обычно не интересовались человеческим разумом как таковым. Законы теории вероятностей — нормативные, а не описательные: они говорят нам, как мы должны думать, и далеко не факт, что они описывают то, как мы реально думаем. Но одна из самых соблазнительных идей современной нейробиологии такова: наш мозг на самом деле устроен так, что применяет или аппроксимирует именно байесовские рассуждения, которые превозносят математики: он интерпретирует все входящие данные, основываясь на собственной гипотезе о том, как, скорее всего, устроен мир.
Один из главных сторонников этой идеи — Карл Фристон. Созданная им модель мозга указывает на недооцененное свойство наших нейронных контуров и сетей: информация в нашей голове движется не только «вперед», в направлении от простого сенсорного анализа к более абстрактному мышлению. Она течет и «назад» — от высших отделов мозга к низшим*Friston K. A theory of cortical responses. Philosophical transactions of cortical responses // Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2005. Vol. 360. Pp. 815–836; Friston K. Does predictive coding have a future? // Nature Neuroscience. 2018. Vol. 21. Pp. 1019–1021..
Подобная архитектура создает мозг, который ведет себя точно как ученые. Обобщенные гипотезы о мире, хранящиеся в высших отделах мозга, могут проецироваться обратно на низшие отделы. Эти спроецированные гипотезы, в которых содержатся прежние теории и предположения, формируют нашу интерпретацию ненадежных и неоднозначных данных, получаемых органами чувств. Наше восприятие превращается в байесовский вывод, в котором объединяются входящие данные и существующие воззрения. Мы видим беспорядочные ломаные линии своих измерений сквозь призму теории, уже созданной нашим мозгом.
Но если мы смотрим сквозь призму гипотез, значит, наш мозг может начать видеть то, что его инструменты даже не измеряли. Один из возможных способов это продемонстрировать — показать мозгу изображение вроде такого:
При виде иллюзии, известной как треугольник Канижа, большинству людей кажется, словно они видят белый треугольник, наложенный на три черных круга. Но его на самом деле нет. Его стороны — просто пустое пространство. Треугольник лишь подразумевается. Это лучшая догадка вашего мозга о том, что на самом деле изображено.
Если вы посмотрите на эту иллюзию, сидя в МРТ-сканере, то, наблюдая за активностью вашего мозга, мы увидим, что обобщенная гипотеза («я вижу треугольник») проецируется обратно в ваш визуальный центр*Kok P., de Lange F. P. Shape perception simultaneously up- and downregulated neural activity in the primary visual cortex // Current Biology. 2014. Vol. 24. Pp. 1531–1535; Kok P. et al. Selective activation of the deep layers of the human primary visual cortex by top-down feedback // Current Biology. 2016. Vol. 26. Pp. 371–376.. Именно поэтому вы видите стороны треугольника, хотя на самом деле их нет.
В частности, мы можем заглянуть в отдел мозга, который называется зрительной корой. Она играет ключевую роль в восприятии визуального мира. Обычно мы считаем, что этот отдел мозга занимается измерениями. Его нейроны подключены к вашим глазам, и когда на сетчатку попадают определенные паттерны света, они же должны воссоздаваться и в зрительной коре — примерно как на камере, которая воссоздает падающий на нее свет в качестве изображения на снимке.
Но если мы запишем активность зрительных нейронов мозга, то увидим, что они не просто показывают данные измерений инструмента, добросовестно воссоздавая паттерны света, попавшего на сетчатку. Их активность редактируется, исправляется и переформируется, чтобы ваш мозг видел то, что ему кажется, а не просто нефильтрованный сигнал. Если мы посмотрим на вашу зрительную кору, когда вы изучаете иллюзии вроде треугольника Канижа, то увидим, что нейроны, отвечающие за пространство вдоль воображаемой фигуры, все равно срабатывают, хотя в этом участке визуального пространства нет ничего, что зрительные нейроны на самом деле способны увидеть*Grosof D. H., Shapley R. M., Hawken M. J. Macaque V1 neurons can signal ‘illusory’ contours // Nature. 1993. Vol. 365. Pp. 550–552.. Нейроны словно знают, что здесь должна быть сторона, хотя измерения ее и не показали.
Подобное поведение отдельных нейронов сообщает нам нечто очень глубокое. Поскольку они не могут на самом деле ничего «видеть» в своих входящих данных, их срабатывание вызвано знаниями об окружающем мире, которые хранятся в другой области мозга. Иными словами, такие результаты говорят нам, что ваш мозг в целом занимается выработкой гипотез о том, как устроен мир. И они проецируются в те области мозга, которые должны заниматься измерениями. Вместо того чтобы просто сделать снимок информации, попавшей на органы чувств, «камера» вашей зрительной системы проецирует на записываемое изображение свою интерпретацию — редактирует ваше визуальное восприятие, чтобы оно соответствовало вашим априорным ожиданиям.
Другие исследования показывают, что подобное проецирование далеко не ограничивается добавлением к воображаемой фигуре воображаемых сторон. Ваш мозг может добавлять к результатам своих измерений довольно сложные свойства в зависимости от того, что ожидает увидеть.
Например, в одном творческом исследовании со сканированием мозга добровольцы ложились в МРТ-сканер, и им показывали фотографии, на которых один угол был закрашен*Smith F.W., Muckli L. Nonstimulated early visual areas carry information about surrounding context // Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 2010. Vol. 107. Pp. 20099–20103.. Ученые обнаружили, что участки зрительной коры, отвечавшие за эти пустые квадранты — не получавшие никакой входящей информации от глаз, — все равно «знали», что находится в оставшейся части рисунка. По паттернам активности мозга в этих пустых участках ученые обнаружили, что они все равно получают сложные гипотезы из других отделов мозга, говорящие им о том, что они должны видеть — например, толпу, идущую по рынку под открытым небом, или щегольски одетого водителя, который ловким маневром направляет кабриолет в туннель.
В следующих экспериментах удалось выяснить, что происходит примерно следующее: высшие области мозга проецируют гипотетическую входящую информацию на низшие; это напоминает грубый эскиз того, что они «должны» увидеть. Ваш мозг словно не терпит пустоты и считает ее «холстом», на который может проецировать собственные теории об устройстве внешнего мира.
Эти проекции «сверху вниз» работают постоянно, даже если ваши глаза видят полную картину. То, что вы воспринимаете, всегда пропитано вашими гипотезами и сформировано ожиданиями. Поток гипотез, проходящий по мозгу, «редактирует» активность ваших нейронов восприятия — увеличивает громкость ожидаемых сигналов и заглушает те, которых вы не ожидаете*Kok P., Jehee J. F. M., de Lange F. P. Less is more: expectation sharpens representations in the primary visual cortex // Neuron. 2012. Vol. 26. Pp. 265–270; Yon D. et al. Stubborn predictions in primary visual cortex // Journal of Cognitive Neuroscience. 2023. Vol. 35. Pp. 1133–1143.
Итак, ваши ожидания срабатывают как фильтр. И из-за этого появляется субъективное стремление воспринимать все так, чтобы это соответствовало воззрениям человека*Press C., Yon D. Perceptual prediction: rapidly making sense of a noisy world // Current Biology. 2019. Vol. 29. Pp. 751–753; Summerfield C., de Lange F. P. Expectation in perceptual decision making: neural and computational mechanisms // Nature Reviews Neuroscience. 2014. Vol. 15. Pp. 745–756.. Например, некоторые эксперименты, проведенные нами в лаборатории, показали: когда люди шевелят руками, их мозг посылает предсказательные сигналы, меняющие их предположения о том, что на самом деле делают пальцы*Yon D., Gilbert S. J, de Lange F. P., Press C. Action sharpens sensory representations of expected outcomes // Nature Communications. 2018. Vol. 9. P. 4288.. Восприятие настолько субъективно, что люди начинают сообщать, будто видят, как их руки «двигаются», даже когда они не двигаются, — просто потому, что они этого ожидают*Yon D., Zainzinger V., de Lange F. P., Eimer M., Press C. Action biases perceptual decisions toward expected outcomes // Journal of Experimental Psychology: General. 2021. Vol. 150. Pp. 1225–1236.. Эти и другие подобные исследования показывают, что восприятие действительно очень напоминает напичканный теориями научный процесс. Ваш мозг, запертый внутри черепа ученый, придумывает теорию, чтобы объяснить активность своих инструментов, осмыслить неоднозначные результаты полученных измерений. Но эти предсказания и теории свободно проникают в восприятие, и ваш мозг начинает воспринимать то, что он ожидает, а не просто сигналы из внешнего мира. Выходит, видеть — значит верить, только не в том смысле, который вам, скорее всего, знаком.
Подробнее читайте:
Йон, Дэниел. За секунду до: как мозг конструирует будущее, которое становится настоящим / Дэниел Йон ; пер. с англ. Алексея Захарова. — Москва : МИФ, 2026. — 320 с. — (Идея, которая меняет жизнь).