govorilkin (govorilkin) wrote,
govorilkin
govorilkin

Categories:

Глазыньки

Читаю по профессиональным делам хорошую книгу: Peter Guttmann, "Engineering security". Автор отлично пишет, и затрагивает много всяких интересных вещей. Вот перевод любопытного кусочка про физиологию зрения.

-----------------------------------------------------------------------------------

Эта замечательная способность заполнять пробелы не ограничивается когнитивными процессами, но происходит и во многих других. Например, она служит для исправления проблемы человеческой сетчатки, соединенной задом наперед, с нервами и кровеносными сосудами, располагающимися перед светочувствительными клетками, регистрирующими изображение, а не за ними. Это не только портит качество изображения, но и создает в глазу слепое пятно в той токе, где нервы проходят через сетчатку. Но на практике мы никогда не замечаем слепого пятна, потому что мозг создает нечто из соседних деталей изображения и заполняет таким образом разрыв.

(Если вы хотите позлить сторонников теории разумного творения, можете упомянуть, что изъянов зрительной системы человека нет у головоногих (созданий вроде осьминогов и кальмаров), у которых фоторецепторы расположены во внутренней части глаза, а оптические нервы - во внешней части сетчатки. Или творец совершил ошибку, или люди не являются высшей формой творения. Альтернативным кандидатом могут быть птицы, у которых есть специальная структура pecten oculi, благодаря которой большинство кровеносных сосудов удалено из сетчатки, что дает птицам самое острое зрение среди всех живых существ. Или кошки, собаки, или многие других животные, у которых за сетчаткой есть мембрана tapedum lucidum, отражающая свет, прошедший через сетчатку, назад, чтобы он снова попал в фоторецепторы, что дает превосхдное зрение при низком освещении (и страшные светящиеся глаза, когда в них попадает свет из внешнего источника). В любом случае, люди не могут похвастаться самой лучшей зрительной системой.

Еще одно исправление багов в зрительной системе человека носит прекрасное название "конфабуляции между саккадами". Оно происходит, когда мозг сглаживает прыгающие движения, называемые саккадами, которые глаза постоянно совершают, даже когда мы думаем, что они устойчиво сфокусированы на одной точке. Обычная частота - три скачка в секунду, в это время наша зрительная система уходит в оффлайн, и мозг не обрабатывает получаемую визуальную информацию примерно четыер часа в день. (Если вы когда нибудь смотрели на гипнотические картины в стиле оп-арт, которые кажутся движущимися, то это иллюзорное движение как раз вызывается саккадами). Даже когда мы просто переводим наш взгляд с одного объекта на другой, первоначальное движение только приближает его к цели, а затем мозг делает корректирующий скачок, чтобы навести точно. Человеческое тело на деле представляет собой огромную массу хаков. Если когда-нибудь расшифруют мусорную ДНК, вероятно, окажется, что она состоит из горы комментариев ДОДЕЛАТЬ/ИСПРАВИТЬ/БАГ.

Поскольку во время саккады мы практически слепы, возможно (с помощью тщательно синхронизированного компьютерного оборудования) изменять части демонстрируемого изображения так, что пользователь ничего не заметит, даже если его заранее предупредить. В результате "целые объекты можно переместить, изменить цвета, добавить новые объекты и испытуемый (обычно) остается в блаженном неведении". Отсюда же феномен, называемый хроностазисом, когда вы смотрите на часы и вам кажется, что секундная стрелка на мгновение застывает, перед тем как начать двигаться. Здесь происходит вот что: мозг компенсирует саккаду, перемещающую наш взгляд на часы, заполняя старым изображением, взятым перед началом саккады. Если саккада произошла во время перемещения секундной стрелки, это движение удаляется и кажется, что секундная стрелка остается в той же позиции дольше, чем на самом деле.

Если вы вдруг недоумеваете, зачем, собственно, вообще понадобились саккады, если мозгу приходится придумывать вокруг них хаки, то причина в том, что они сами по себе хак для других дефектов конструкции зрительной системы человека. Один из них заключается в способе работы фоторецепторов глаза. В глазе есть около шести миллионов колбочек сетчатки, использующихся для получения цветного изображения (по крайней мере, отзывающихся на разную длину волны света; для преобразования в цветное изображение требуются дополнительные хаки, слишком сложные, чтобы тут их описывать). Около одного процента сетчатки составляет регион под название центральная ямка, создающий высококачественные изображения. Остальная часть производит низкокачественные изображения без многих деталей. Саккад перемещают ямку, чтобы она собирала информацию из различных областей, а мозг затем синтезирует эти куски в единое целостное изображение.

Для демонстрации исследователи проводили забавные эксперименты, в которых использовали компьютеризированное отслеживание движения глаз, чтобы узнать, на какой части экрана фокусируется центральная ямка, и затем показывали осмысленное изображение лишь в этой области. Например, если на экран выведена страница текста, маленькая область, видимая центральной ямкой, содержит только 17 или 18 символов осмысленного текста, так что все отальное можно заменить бессмысленной чушью (с соответствующими поправками, если используется письмо справа налево, потому что от точки фиксации глаз заглядывает на 15 символов вперед и только на два или три символа назад.

Пользователи не только могли нормально читать, но, поскольку изменения производились во время саккад, они даже не знали, что текст меняется, так что "субъективное впечатление состояло в нормальной странице текста, простирающегося влево и вправо". Так же, как предположительно рациональный ум на самом деле представляет собой огромную коллекцию аппроксимаций, эвристик и иногда откровенного угадывания, так и зрительная система вовсе не точный инструмент, а что-то, напоминающее первую попытку написать веб-страницу на PHP, сплошные хаки и примочки, прихваченные изолентой.

(В США есть компания, решившая использовать этот эффект, используя его как средство показывать секретную информацию на компьютерных экранах, когда вокруг находятся другие люди. Вы видите или, по крайней мере, вам кажется, что вы читаете экран нормального текста, а все остальные видят лишь бессмыслицу).

Единственная вещь, которую зрительная периферия выполняет действительно хорошо, - это распознавание движения. Это не слишком удивительно, поскольку требовалось в прошлом для распознавания, когда к нам подкрадывается кто-то вроде хищника. Детектирование затем помогает мозгу спланировать, куда наводить зрения для целей получения картинки. (Возможно создать довольно странные иллюзии, использующие эту разницу в непосредственном и периферийном зрении, и основанные на том факт, что наши глаза при прямом взгляде видят одно и совершенно другое при чувствительном к движению периферийном зрении).

У других животных, чьих хаки в зрительнйо системе не настолько эффективны, такого преимущества нет. Поскольку стационарные объекты обычно не представляют угрозы, животные более-менее слепы к ним. Например, неподвижно сидящая на стене мухе полностью незаметна для лягушки, так то та "умрет с голоду, окруженная пищей, если пища не двигается". (у людей есть такое же свойство, только в меньшей степени. Этот феномен называется эффектом Трокслера и требует для возникновения около 20 секунд).

[...]

Вторая проблема зрительной системы, которую исправляют саккады, состоит в том, что нейроны зрительной коры адаптируются к изображению и перестают со времени отвечать на него. В некоторых жутких экспериментах, проводившихся в 50-е годы, ученые использовали присоску, чтобы временно присоединить к глазному яблоку маленькие линзы и проектор, что не давало глазу совершать саккады. Без саккад картинка постепенно исчезала из поля зрения и участники эксперимента фактически слепли, пока с них не снимали аппарат, и глаз снова не начинал скачки, или пока в проецированном изображении не устраивали саккадоподобные движения, восстанавливающие нормальное зрение. (сейчас такое проделывают с помощью более щадящих устройств, отслеживающих движение глаз). Один тип слепоты, распространненый преимущество у детей, фактически вызван недостаточным количеством саккад, в результатет чего большие части наблюдаемой сцены выцветают при попытки сфокусировать взгляд.

Эффект, похожий на конфабуляцию между саккадами, происходит и со слухом, этот феномен называется восстановлением фонем. Исследователи проводили экспериметы, в которых частично перекрывали слово кашлем, а затем использовали его в различных предложениях. В зависимости от контекста участники "слышали" совершенно разные слова, потому что их мозг заполнял отстутствующие звуки так гладко, что они действительно верили, что слышат то, что на самом деле создавал их мозг. Похожий эффект можно так же получить, если заменить слово не правдоподобным звуком, а просто громким белым шумом. Способность воссоздавать связное предложение по его искаженной форме настолько мощная, что вы можете порезать записанную фразу на кусочки по 25 или 50 мс, записать каждый кусок задом наперед, и люди все равно смогут ее разобрать (если куски больше 50 мс, это становится уже сложнее).

отсюда
Tags: медицинское, полезное
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments