Часть I
Музей и осязание

Пожалуйста, трогайте экспонаты! Взаимодействие между визуальными образами и тактильным восприятием
Саймон Лейси и Криш Сатьян

На сегодняшний день переход от унисенсорного подхода (подразумевающего обращение только к одному органу чувств – прим. науч. ред.) к мультисенсорному актуален как для нейронаучных исследований, так и для музейной сферы. До недавнего времени посещение музея или галереи было преимущественно унисенсорным визуальным опытом^[23]: экспонаты находились вне доступа для посетителей (например, за стеклом), сопровождались строгими запретами и официальными указаниями на то, что «можно смотреть, но не трогать!». В последнее время мы наблюдаем случаи смягчения подобных ограничений: например, проект Hands On («Руки на»), реализованный Британским музеем, даже позволяет посетителям брать в руки некоторые предметы из музейной коллекции. Обращения к другим органам чувств все еще редки, хотя Центру викингов Йорвик в городе Йорк, например, удалось прекрасно воссоздать в своей экспозиции запахи и звуки поселения викингов. Однако такие примеры возникают в основном благодаря информационным и образовательным инициативам, а не как результат непосредственной работы нейроученых.

Ранее наши представления об организации мозга заключались в том, что он перерабатывает входящую информацию как отдельные унисенсорные потоки, причем особый приоритет отдается визуальным стимулам. Однако было обнаружено, что многие области мозга, которые ранее считались предназначенными для переработки визуальной информации, на самом деле активируются и при получении тактильных или осязательных импульсов (во время пассивного прикосновения или активного ощупывания). Например, область мозга, которая отвечает за визуальное восприятие, активируется также тактильными ощущениями^[24]; осязание текстур активирует также область, восприимчивую к визуальному восприятию текстур^[25], а латеральная затылочная кора (LOC) включается в процесс восприятия объектов во время получения как визуальных, так и тактильных стимулов^[26]. В результате старые подходы уступают место концепции «метамодального» мозга с мультисенсорной задачно-ориентированной организацией^[27]: например, области, связанные с восприятием формы объектов, реагируют на то, какой является задача – зрительной или осязательной. Из этого вытекает идея о том, что активация областей, связанных с визуальной информацией, во время осязания приводит к появлению визуальных образов^[28]: осязая объект, человек естественным образом представляет, как этот объект может выглядеть. В данной главе мы рассмотрим доказательства роли визуальных образов в тактильном восприятии формы и опишем модель этого процесса. В качестве небольшой справки, мы начнем с описания общих черт зрения и осязания с точки зрения распознавания объектов и построения образов восприятия. После этого перейдем к описанию областей мозга, участвующих в зрительно-осязательном восприятии формы объектов, и рассмотрим, какие выводы о репрезентации в мозге формы объектов можно сделать на основании перечисленных данных.

Сходства между зрением и осязанием в распознавании объектов

Считается, что процесс распознавания объекта зависит от точки его обзора, а разворот объекта в пространстве из его исходной позиции затрудняет последующее распознавание: это относится как к зрению, так и к осязанию^[29]. В отношении последнего это особенно удивительно, учитывая, что руки могут исследовать объект с разных сторон одновременно, и поэтому нам кажется, что они способны воспринимать информацию об объекте с разных «точек обзора» в один момент времени. Однако по мере того, как объекты становятся более узнаваемыми, изменение их положения становится менее проблематичным: как визуальное, так и тактильное распознавание становится в целом независимым от точки обзора^[30]. В отличие от внутримодального распознавания^[31], визуально-осязательное кросс-модальное распознавание^[32] не зависит от точки обзора, даже если речь идет о незнакомых нам объектах; при этом неважно, сопровождается ли визуальный опыт тактильным или наоборот^[33]. Кросс-модальное распознавание знакомых нам объектов тоже не зависит от точки обзора, когда тактильный опыт сопровождается визуальным, однако в обратную сторону это не работает^[34]. Причина такой асимметрии пока не ясна.

Исходя из этого, мы пришли к выводу, что в основе таких феноменов, как кросс-модальное распознавание и независимость от точки обзора, вероятно, лежит одна и та же репрезентация объекта. Благодаря исследованию перцептивного обучения^[35] было выявлено, что независимость от точки обзора, приобретенная в результате обучения в одной модальности (с помощью развития одних органов чувств), полностью и симметрично переходит в другую. Кросс-модальное изучение объекта (вне зависимости от того, какой опыт в нем является первоначальным – зрительный или осязательный) также позволяет достичь визуальной и тактильной независимости от точки зрения. Таким образом, эта независимость (как при внутримодальном, так и при кросс-модальном познании) основана на единственной мультисенсорной репрезентации объекта, которая напрямую интегрирует в себя отдельные унисенсорные представления о нем, зависящие от точки нашего обзора.

Визуальные образы и осязание

Если зрение и осязание действительно имеют общую систему образов, это значит, что они должны обладать схожими механизмами обработки полученных визуально и тактильно сигналов, и это действительно так. Например, время, затрачиваемое на изучение как визуальных изображений^[36], так и образов, полученных путем осязания^[37], увеличивается вместе с пространственной дистанцией до изучаемого объекта. Также время, необходимое для того, чтобы определить, являются ли два объекта одинаковыми или зеркально отражают друг друга, увеличивается почти линейно вместе с числом необходимых угловых поворотов, кратным мысленным разворотам предмета в пространстве. Это касается как визуального^[38], так и тактильного аспекта^[39]. Такая же взаимосвязь была обнаружена, когда изменялся угол между новым образом осязания и первоначальным образом объекта. Этому отвечала соответствующая активность в левой теменной коре^[40], в области, которая становилась активной также во время мысленного вращения зрительных образов в пространстве^[41]. При этом подобная мозговая активность наблюдалась как у зрячих, так и у рано- или поздноослепших людей^[42]. Все это позволяет нам предположить, что информация о пространстве и его параметрах передается в образах, получаемых с помощью зрения и осязания, так как обе эти модальности основаны на схожих, если не идентичных, процессах восприятия образов^[43].

Общие измерения образов в зрительном и тактильном восприятии

Область мысленных образов неоднородна. Недавние исследования показали, что существует два разных вида визуальных образов и, соответственно, два типа людей. Люди, мыслящие объектно, обычно представляют образы, которые сами по себе очень иллюстративны, сфокусированы на фактическом внешнем виде предметов, с акцентом на форму и свойства поверхности, такие как цвет и текстура. В свою очередь мозг людей, мыслящих пространственно, обычно генерирует более схематичные изображения, фокусирующиеся на пространственных отношениях между объектами и их составными частями, а также на пространственных трансформациях^[44].

Недавно мы провели исследование: сохраняются ли для тактильных и мультисенсорных репрезентаций те же объектные и пространственные измерения, что и для визуальных^[45]. Мы использовали идею о том, что люди с объектным мышлением считывают информацию о свойствах поверхности лучше, чем люди с пространственным мышлением. Для проверки этой гипотезы мы использовали задания, подразумевающие распознавание формы при изменении текстуры, и распознавание текстуры при изменении формы^[46]. В процессе как зрения, так и осязания, распознавание формы ухудшалось из-за изменений текстуры у тех, кто мыслил объектно, но не у тех, кто мыслил пространственно. В то же время распознавание текстур ухудшалось из-за изменений формы именно у мыслящих пространственно, а не у мыслящих объектно. Аналогичная картина наблюдалась и в условиях кросс-модальности, когда участники получали доступ к мультисенсорному, независимому от точки обзора, образу, опыту, описанному выше^[47]. Люди, мыслящие объектно, хуже распознавали форму при изменении текстуры, в то время как люди с пространственным мышлением продолжали различать форму, независимо от того, изменилась текстура или нет^[48]. Таким образом, раскрытие роли объектных и пространственных образов дает больше преимуществ, чем использование недифференцированного подхода, сфокусированного только на визуальном образе. Это разделение важно, потому что и зрение, и осязание кодируют пространственную информацию об объектах – например, размер, форму и различные характеристики объекта. Такая информация вполне может быть использована в качестве независимого от модальности восприятия пространственного образа^[49]. Подтверждение этой гипотезы можно найти в одном недавнем исследовании, показывающем, что оценки пространственных образов, в отличие от объектных, были согласованы друг с другом с высокой точностью именно при кросс-модальном, а не внутримодальном распознавании объектов^[50].

Кортикальные области коры головного мозга, участвующие в обработке формы объектов на основании визуально-тактильной информации

Основная область коры головного мозга, участвующая в распознавании визуально-тактильной информации – это латеральная затылочная кора (ил. 1), известная как область, отвечающая за визуальное восприятие объектов^[51]. В то же время часть латеральной затылочной коры различает объекты как во время зрительной активности, так и при осязании^[52]. Эта область коры головного мозга активна как во время осязательного трехмерного восприятия^[53], так и во время тактильного двухмерного восприятия формы^[54]. Считается, что она отвечает за восприятие геометрических форм в пространстве: она не участвует в распознавании объекта в случае, если человек слышит специфический для данного объекта звук^[55], однако начинает реагировать на этот звук после соответствующей тренировки, когда звуковое распознание объекта становится возможным с помощью устройств визуально-слухового сенсорного замещения^[56]. Такие устройства преобразовывают визуальную информацию о форме объектов в звуковой поток или «звуковой ландшафт», звучание которого меняется в зависимости от того, какие объекты попадают в камеру: за длину объектов (горизонтальная ось) отвечает длительность звука и стереопанорамирование, за высоту объектов (вертикальную ось) – тон звука, а яркость объектов передается за счет изменения громкости. В результате длительного обучения люди получают возможность извлекать информацию о форме объектов из данных звуковых ландшафтов, что позволяет распознавать знакомые объекты и даже использовать эту информацию при взаимодействии с незнакомыми объектами. Однако это становится возможно только в случае, если человек (зрячий the lateral occipital complex // Nature Neuroscience, № 10: 687–689. или незрячий) обучен данным правилам (понимает, что означают конкретные звуки), а не просто запомнил произвольные звуковые ассоциации^[57]. В целом все это подтверждает, что латеральная затылочная кора занимается обработкой информации именно о форме объекта, вне зависимости от того, в какой сенсорной модальности происходит процесс восприятия объекта. Несколько теменных областей коры также демонстрируют мультисенсорное распознавание формы. К их числу принадлежит задняя часть первичной соматосенсорной коры (ил. 1)^[58], которая обычно не относилась к числу мультисенсорных несмотря на то, что нейрофизиологические исследования обезьян позволяют говорить о том, что части первичной соматосенсорной коры отзываются также на визуальную стимуляцию^[59]. Визуально-тактильное распознавание формы было зафиксировано также в различных частях внутритеменной борозды (ил. 1) в теменной доле, находящейся непосредственно в коре головного мозга, которая играет важную роль в мультисенсорном восприятии^[60].

Ил. 1. Схема строения долей левого полушария головного мозга человека, демонстрирующая основные области, упомянутые в тексте.

Ключевой вопрос об осязательной или тактильной активации областей коры головного мозга, которые, как предполагалось, отвечают за зрительное восприятие, состоит в следующем: является ли эта активация побочным явлением всего процесса или же действительно необходима для выполнения разных задач. Можно привести целых два доказательства того, что она действительно необходима.

Во-первых, изучение конкретных ситуаций пациентов с повреждением латеральной затылочной коры показывают, что она необходима как для тактильного, так и для визуального восприятия формы. В случае одного пациента такое повреждение привело как к тактильной, так и к зрительной агнозии (к неспособности распознавать объекты), хотя соматосенсорная кора и общие функции были в порядке^[61]. Другой же пациент был не в состоянии изучать новые объекты ни визуально, ни тактильно^[62].

Во-вторых, в некоторых исследованиях использовалась транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) для временного нарушения работы различных областей мозга, связанных с визуальным восприятием и вовлеченных в выполнение тактильных задач. Например, ТМС теменно-затылочной области во время тактильного распознавания объемного рельефа в виде полос разной ориентации на поверхности предметов^[63] мешала выполнению этой задачи^[64]. Одно из недавних исследований показало, что ТМС левой части латеральной затылочной коры нарушает процесс категоризации объектов^[65], что демонстрирует невозможность обработки информации об объектах без участия этой области мозга. Точно так же ТМС левой части внутритеменной борозды (IPS) нарушает визуально-тактильное (но не тактильно-визуальное) сопоставление форм предметов с использованием правой руки^[66]