Красота — в мозгах смотрящего

Как мы воспринимаем картины с точки зрения нейронаук

Картины — вещь фундаментальная. Их покупают на выставках, заключают в рамки и трепетно вешают в гостиных, чтобы любоваться высоким искусством в свободное время и в спокойной обстановке. Нейробиологи пытаются разобраться, что происходит в голове у зрителя во время этого возвышенного занятия, и даже тревожно, что у них кое-что получается. Ученые уже показали, что в восприятии изображений участвуют системы положительного подкрепления обучения, а взгляд, оказывается, бегает по картинам абстракционистов по тем же траекториям, какими голодные животные ищут себе пропитание.

Проектор, слайды, «восемь экспериментально наивных голубей» и много-много семечек — с таким набором ученые из университета Кейо показали, что птицы тоже немного разбираются в искусстве, а точнее, могут отличать картины Пикассо и Моне. Ученые сначала обучили голубей нажимать на кнопку, чтобы получать в награду немного корма, а потом разбили их на две группы: птиц из первой группы натаскивали на Моне, а птиц из второй — на Пикассо. Для этого им показывали набор слайдов, в котором было по 10 картин каждого художника, и следили, чтобы голуби из первой группы получали награду только после того, как клевали кнопку, впечатленные картинами Моне, а голуби из второй — соответственно, картинами Пикассо.

Со временем птицы научились клевать кнопки только в нужные моменты и постепенно стали отличать художников в 90% случаев. После этого ученые перешли ко второй части испытаний: они собрали новые наборы слайдов, в которых были не только незнакомые голубям картины Пикассо и Моне, но и произведения других художников — Сезанна, Ренуара, Матисса, Брака. В этих испытаниях голуби перенесли свои приобретенные эстетические предпочтения с конкретных художников на направления живописи: фанаты Моне реагировали также на импрессионистов Сезанна и Ренуара, а поклонники Пикассо смело требовали награды после Брака и Матисса.

Слева — «Авиньонские девицы» Пабло Пикассо.

Справа — «Терасса в Сант-Адресс» Клода Моне.

Обе картины были в обучающей выборке эксперимента с голубями

Японцы за несколько недель прорастили из неизменного для животного мира чувства голода зачатки хоть и простенького, но все-таки эстетического вкуса. По-видимому, похожая история произошла и с людьми. Тысячелетиями нашим основным источником информации было именно зрение: оно помогало отличить спелые плоды, разглядеть притаившегося хищника, выбрать себе партнера, и постепенно из этих функций визуального родилось искусство.

Охота за информацией

Ричард Тейлор из Орегонского университета — необычный ученый. С одной стороны, он директор института материаловедения, с другой — «профессор физики, психологии и искусства», а с третьей постоянно публикуется в журналах по нейронаукам. Интересы Тейлора сходятся в одной теме — фракталах, которыми он занимается уже почти 20 лет.

Еще в 1999 году Тейлор вместе с коллегами показал, что картины американского художника-абстракциониста Джексона Поллока обладают фрактальной структурой — узоры на них бесконечно самоповторяются на разных масштабах, как одна ветвь дерева, покрытая веточками поменьше, повторяет весь ствол дерева целиком. Спустя 12 лет Тейлор вместе с коллегами решили посмотреть, как эта особенность картин Поллока влияет на восприятие зрителя. Для этого ученые использовали систему айтрекинга, способную определять направление взгляда смотрящего человека.

Исследователи взяли несколько картин Поллока, оценили их фрактальную размерность (эта величина для плоских изображений меняется от 1 до 2, и чем ближе она к 2, тем более детальна и сложна структура внутри фрактала) и фиксировали, как испытуемые будут обследовать взглядом этим изображения. Общая траектория, снятая айтрекером, была почти одинакова для всех картин и совпадала с предыдущими результатами, полученными на других изображениях, где взгляд всегда резко скакал между разными участками с наибольшим контрастом по цвету или освещенности, а в промежутках между перескоками лихорадочно обследовал эти крошечные уделы как будто случайными, хаотичными движениями.

Четыре картины Поллока, восприятие которых проанализировано в статье. Слева направо фрактальная размерность изображения возрастает, красным обозначены траектории перемещения взгляда испытуемого, составленные из плотных узлов, соединенных резкими перескоками. Изображение: Taylor et al., 2011

Затем американцы присмотрелись к периодам оседлости, и оказалось, что траектории, описываемые взглядом между скачками по полотну, не только имеют выраженную фрактальную структуру, но еще и, по-видимому, хранят следы суровой жизни наших доисторических предков. Фрактальная размерность этих спутанных клубков никак не зависит от фрактальной размерности картин, но совпадает с фрактальной размерностью траекторий, по которым дикие животные обходят ограниченную территорию в поисках пропитания (это примерно 1,4 — 1,5).

Проверочный эксперимент исследователей, где испытуемым давали смотреть не на картины Поллока, а на искусственно сгенерированные фракталы, дал те же результаты: взгляд людей снова метался по траекториями с той же фрактальной размерностью. Так что очень вероятно, что закономерность, установленная необычным ученым, не случайна, и голодный до деталей взгляд ищет визуальную информацию теми же путями, какими перемещаются звери, когда стараются с минимальными усилиями осмотреть максимальную территорию.

Картина № 5 Джексона Поллока

Результаты других исследователей показывают, что эстетически людям больше всего нравятся изображения фракталов именно с этой «естественной» размерностью и эта закономерность, видимо глубоко вшитая в наше восприятие, не зависит ни от пола, ни от возраста.

Визуальные головоломки

Каждый уважающий себя специалист искренне считает, что его область — самая важная. Стоматолог скажет, что все проблемы со здоровьем идут от плохих зубов, ортопед обвинит во всем искривление позвоночника, психотерапевт свяжет болезни с расшатанным эмоциональным состоянием, а теоретик искусства Нэнси Айкен уверен, что люди пережили неандертальцев только благодаря искусству.

Впрочем, заочно согласен с Айкеном и человек несколько другого поля — американский нейробиолог и лауреат Нобелевской премии по медицине и физиологии Эрик Кандел. Он считает, что искусство — это своеобразный способ бессознательно передать сложную информацию и эмоции, а лучшие художники отлично справляются с этой работой за счет того, что отсекают в своих картинах все лишние детали, оставляя только самое главное в своем сообщении.

Ученые и философы давно мечтают увидеть, как наше сознание работает с этими зашифрованными визуальными посланиями картин, но только с изобретением функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) это стало возможно хотя бы в первом приближении. В десятках работ с помощью фМРТ следили, какие части мозга работают у зрителей при рассматривании картин, а в метаисследовании 2014 года канадский и датские ученые попробовали обобщить результаты.

Оказалось, что восприятие картин в среднем активирует три группы зон в мозге. Первая из них — это зрительная кора, а также средняя затылочная извилина и веретенообразная извилина, которые вместе отвечают за обработку визуальной информации. Во вторую группу снова входит веретенообразная извилина, парагипокампальная извилина и передние области височных долей — зоны, которые занимаются распознаванием различных визуальных объектов.

Примеры изображений, использующихся в качестве визуальных стимулов в одной из работ, результаты которой вошли в метаисследование. Изображение: Vessel et al., 2012

И наконец, в третьей, самой интересной группе активированных зон была передняя часть островковой коры, обрабатывающая эмоции, и так называемый путамен — структура в основании переднего мозга, отвечающая за систему поощрения и наград, этакий «пряник» встроенной в наши головы системы обучения.

Похоже, что методичная обработка визуальной информации уже в самой физиологии восприятия переплетена с какими-то глубоко эмоциональными процессами, а бессознательное разгадывание визуальных шифров художников от природы поощряется удовольствием.

Эстетика приобретенная

В одном исследовании 2013 года ученые посмотрели, как отработанная природой схема восприятия визуального меняется под действием обучения. Они набрали 27 добровольцев, часть из которых обладала неким художественным опытом — рисовали картины, учились на искусствоведов и т.д., и давали им смотреть на различные изображения (оригиналы картин, искусственно размытые версии этих же картин и просто цветные фигуры), а параллельно с помощью метода электроэнцефалографии записывали электрическую активность испытуемых.

В результате как у опытных, так и у начинающих зрителей работали примерно одни и те же зоны головного мозга, но эксперты, можно сказать, справлялись с экспериментальными задачами легче. Амплитуды их вызванных потенциалов были значительно ниже, что говорит о меньшем возбуждении центральной нервной системы: годы учебы и практики приучили их мозг обрабатывать визуальную информацию эффективнее.

Результаты прошлого эксперимента ничего не говорят об эстетических вкусах участников. Как зрители оценивали изображения, совпадали ли их оценки, были ли наблюдения экспертов глубже и точнее, чем наблюдения «любителей», — в тексте научной статьи об этом ничего не говорится, но даже если предпочтения зрителей и не были в фокусе исследования, в реальности человеку сложно не оценивать изображения.

Про нейрологические субстраты эстетических предпочтений появляется немало исследований, но, пожалуй, самое необычное из них говорит, что вкусами людей можно управлять с помощью сравнительно простой процедуры. В эксперименте итальянских ученых шесть добровольцев рассматривали классические картины, абстрактные картины и фотографии и оценивали их по двум шестибалльным шкалам — красочности и привлекательности. Параллельно мозг испытуемых стимулировали небольшим постоянным током, и в результате их оценки классики и фотографий немного росли (общая оценка поднималась на 3%), а оценки абстрактных изображений оставались неизменными.

Примеры изображений, использованных в исследовании.

Изображение: Cattaneo et al., 2013

Почему так получилось, ученым пока совершенно непонятно — то ли в восприятие классических и абстрактных изображений вовлечены совершенно разные структуры, то ли оценки абстрактного искусства более стабильны, то ли в сам эксперимент вкралась какая-то ошибка. Но нам, посторонним зрителям, от этого даже легче. Загадка визуального восприятия по полочкам с потенциалами, зонами и фракталами пока не разложена.

Михаил Петров