Глава 16 Где верх, где низ?

Глава 16

Где верх, где низ?

Наблюдая за малышом, который при попытке сохранить равновесие старается соотнести движения ног с положением гибкого позвоночника, не вспоминаем ли мы о том, как от года до двух с половиной лет сами прилагали огромные усилия, чтобы выполнить эту задачу? Нам потребовались годы практики, прежде чем мы смогли, не расплескав, пронести полный стакан воды. Сначала мы хватали стакан обеими руками и не сводили с него глаз — при этом ноги сами выбирали по возможности лучший путь. Позже нам приходилось проявлять такое же усердное прилежание, чтобы пронести неглубокую тарелку с супом. Вспоминаем ли мы об этих трудностях детства, когда видим официантку, лавирующую в узком проходе, оставленном посетителями между близко сдвинутыми столами, у которой на одной руке балансирует несколько полных тарелок? Или наблюдающего за ней официанта, непринужденно поднявшего над плечом полный поднос суповых чашек?

Если поразмыслить над всеми этими «уменьями», то мы, вероятно, придем к выводу, что усовершенствовали прежде всего мышечный контроль, связанный с кинестетическим чувством. Мы должны держаться прямо и улавливать легкие колебания веса, по мере того как жидкость переливается на одну сторону сосуда, чтобы вовремя сделать мышечное усилие и поддержать постоянный уровень жидкости в тарелке. Цирковой акробат, исполняющий номер на натянутой проволоке, предъявляет подобные требования к своей нервной системе. Но насколько это «уменье» зависит от чувствительных органов, находящихся в наших мышцах, сухожилиях и суставах? Сумеем ли мы продемонстрировать такие же чудеса равновесия в полной темноте или с закрытыми глазами? Когда мы в детстве приобретали эти навыки, глаза быстрее, чем кинестетические рецепторы, предупреждали нас о том, что мы сами (или предмет, который мы несем) отклоняемся от положения неустойчивой стабильности.

Многие из нас, будучи детьми, проверяли свои сенсорные приспособления, связанные с гравитацией, и убеждались, что у нас в голове имеется другая рецепторная система. Мы становились на полянке, раскинув руки, и начинали кружиться подобно дервишам, пока ноги у нас не подкашивались. Мы поднимались и падали тут же снова, пока ноги опять не становились послушными, а в глазах не прояснялось. Но мы убеждались, что с трудом освоенная координация мышц и способность корректировать позу с помощью зрительных сигналов может быть временно сведена к нулю. Для этого нам нужно только очень сильно возбудить те образования, которые великий американский психолог и философ Вильям Джеймс назвал «уровнями духа» в нашем теле. У нас в каждом внутреннем ухе имеется особый орган, состоящий из трех полукружных каналов и одного маленького чувствительного мешочка, в котором находится крошечный известковый кристаллик, подвешенный в жидкости поблизости от рецепторных клеток. Эти образования служат для нас встроенными эквивалентами электрического индикатора авиагоризонта, который так необходим пилоту на приборной доске современного самолета.

Наши «уровни духа» реагируют только на перемену положения тела или изменения в скорости движения. При этих изменениях жидкость, заполняющая полукружные каналы, должна перемещаться, чтобы вызвать определенное ощущение, которое исчезает меньше чем через полминуты после прекращения изменений. Специальные чувствительные мешочки, связанные с этими каналами, реагируют на положение нашего тела и когда мы стоим, и когда двигаемся с неизменной скоростью. До тех пор пока органы внутреннего уха не повреждены и кинестетическое чувство не нарушено, нашему телу нетрудно оставаться в темноте в вертикальном положении или даже перенести открытый сосуд с жидкостью — ведь когда-то мы уже научились пользоваться этими чувствительными органами.

Удивительно, как долго может сохраняться это развитое в раннем детстве чувство равновесия. Многие пожилые люди, которые с детства не садились на велосипед и не предполагали, что могут снова удержаться на нем, решившись на этот подвиг, обнаруживают, что умеют легко и свободно владеть рулем. Если в детстве человек научился управлять велосипедом «без рук», лишь слегка наклоняя туловище, то через несколько минут езды он обнаружит, что опять может проделать этот трюк.

Подсознательно мы всецело полагаемся на кинестетическое чувство и органы равновесия во внутреннем ухе и редко задумываемся над тем, что значило бы для нас повреждение этих органов. Но однажды наш приятель по колледжу, бросив одну реплику, заставил нас в какой-то степени осознать это. Войдя утром в класс после необычайно сильного снегопада, из-за которого было трудно идти пешком, наш приятель признался, как бы ему хотелось, чтобы при комнатах в общежитии имелся не только душ, но и ванна. Тогда ему не пришлось бы жить в меблированной комнате далеко от колледжа. Мы не могли уловить никакой связи между его словами, пока он не объяснил, что в детстве болел полиомиелитом, от которого, по-видимому, вылечился, но после болезни его ноги почти полностью утратили кинестетическую чувствительность. В ванне он мог мыться, не боясь упасть, а когда пользовался душем, почти всегда падал, если ему приходилось закрыть глаза на несколько секунд, из-за того что в них попало мыло или по какой-либо другой причине. Он мог стоять или ходить только с открытыми глазами.

Довольно значительное число людей страдают от врожденных дефектов внутреннего уха. Это глухонемые, большинство из которых нельзя вылечить, но можно научить говорить или понимать речь других людей по губам. Как правило, они теряют также и нормальное чувство равновесия из-за расстройства органов, находящихся в ухе. Инвалиды компенсируют этот недостаток, обращая большее внимание на кинестетическое чувство и зрительные сигналы. Они могут даже осознавать, что в отличие от других людей обладают иммунитетом к головокружению, возникающему при вращении, и к «транспортной» тошноте, начинающейся из-за чрезмерного возбуждения внутреннего уха. Обычно эти люди прекрасно понимают, насколько важны чувства-компенсаторы. Входя в воду, они должны держаться мелких мест, иначе могут утонуть, так как без кинестетических сигналов, обусловленных весом тела, не скомпенсированным выталкивающей силой воды, им трудно определить, какая сторона их тела наверху, а какая — внизу. Такие люди, если они к тому же и слепы, обычно не могут сохранять равновесие более чем одну или две секунды, если их попросить постоять на одной ноге.

В самолете возникает новое затруднение, которое мешает даже здоровым людям определить, где верх, а где низ. Любые изменения в скорости, направлении или высоте движения самолета раздражают наши рецепторы внутреннего уха. Они вызывают ощущения, которые часто могут перейти в твердую уверенность, что происходит нечто противоположное показаниям приборов. При длительном планирующем спуске, подлетая к аэродрому, пилот может встретить густое облако как раз в тот момент, когда он выпускает щитки или шасси. Самолет быстро сбавляет скорость, и внутреннее ухо пилота сообщает ему, что или он сам слишком наклоняется, или самолет идет в пике. Но пилот знает, что он не наклонялся вперед. Если пилот игнорирует приборы и «управляет задним местом», он скорее всего начнет задирать нос самолета, все замедляя полет, пока машина не потеряет скорость и не разобьется у самого аэродрома. Приборы показали бы ему, что угол посадки не изменился, когда опустились щитки или колеса. Они также могли ему рассказать, что задирание носа самолета приводит к опасной потере скорости, и помогли бы ему пересмотреть показания чувства равновесия.

Будучи пассажирами на борту реактивного самолета, мы испытали противоположное ощущение, когда ясным днем самолет поднимался с Римского аэродрома, направляясь в Париж. Ускорение «Каравеллы» при взлете было так велико, что нас вдавило в подушки кресел. По мере того как самолет продолжал набирать скорость, внутренние уши сообщали нам, что мы поднимаемся вверх под углом почти 45°. Однако в окно мы могли видеть внизу землю не под таким большим углом. Чему мы должны были верить: глазам или ушам?

Многие решения, необходимые при управлении современным воздушным кораблем, летающим со скоростью до полутора километров в секунду, должны приниматься на основе показаний приборов, которые действуют быстрее и надежнее, чем различные органы равновесия человека. Устойчивость большинства этих приборов обеспечивают быстро вращающиеся гироскопы, которые сохраняют собственную ориентацию в пространстве, а значит, и относительно Земли, несмотря на изменения в направлении, высоте или скорости самолета.

Во время горизонтального полета для управления самолетом требуется производить так мало операций, что автопилот с соответствующей гиростабилизацией может справиться с этой несложной задачей. Однако при взлете и посадке пилоту приходится совершать такое большое количество сложных операций, основанных на собственном квалифицированном мнении, что он оказывается чрезмерно занятым и находится в состоянии сильного нервного напряжения, наблюдая за индикаторами и шкалами измерительных приборов, оперируя с кнопками и переключателями и следя за ориентирами вдоль взлетно-посадочной полосы. Рефлекторные нервные цепи, начинающиеся от глаз, ушей и пальцев, оказываются полностью загруженными. Однако, если в критический момент пилот что-то упустит, человек как элемент системы управления принесет несчастье вместо пользы. Потому-то инженеры и стремились найти новые значимые информационные пути к мозгу, которые бы уменьшали, а не увеличивали нагрузку на глаза пилота.

В 1960 году в Англии был найден новый способ использования периферической области зрительного поля, который основан на хорошо известном свойстве зрения. Когда мы спокойно стоим, то автоматически и неосознанно корректируем всякое стремление нашего тела отклоняться в сторону, вперед или назад, принимая в расчет любое движение, которое мы замечаем краешком глаза. Для того чтобы смоделировать периферическую область зрительного поля, в кабине самолета были установлены три полосатых горизонтальных цилиндра, по одному справа и слева от кресла водителя, а третий чуть выше границы поля зрения пилота, когда он смотрит через ветровое стекло. При вращении цилиндров начинает казаться, что спиральные полосы смещаются, и создается иллюзия продольного движения, на которое инстинктивно реагирует пилот. Ему не нужно терять времени, чтобы смотреть на цилиндры и отвлекаться от наблюдения за взлетно-посадочной полосой, приборами и системой управления. Цилиндры можно привести в движение с помощью сервомоторов, подключенных к приборам, чувствительным к опусканию, подъему или виражу самолета. От пилота требуется только приводить управление в соответствие со спиральными рисунками, пока они не перестанут двигаться. Совершенно не думая об этом, пилот в то же время не позволяет своему самолету раскачиваться или отклоняться от нужного положения при взлете или посадке. Успех, который сопутствует применению такого вспомогательного зрительного приспособления, вероятнее всего, натолкнет на мысль о дальнейшем использовании этого инстинктивного и мало исследованного способа поддержания равновесия.

При плавании, беге или ходьбе нам не нужно обращаться за помощью к каким-либо приборам. Зрение и внутреннее ухо редко подводят нас при этих более медленных способах передвижения. Соответствующие органы есть и у других позвоночных животных; загадочное исключение составляют лишь бесчелюстные миноги. Во внутреннем ухе этих водных животных существует лишь два полукружных канала, но зато у них есть пара больших, заполненных жидкостью мешочков, выстланных изнутри слоем реснитчатых клеток, которые создают постоянный двойной водоворот. Остается доказать, не является ли эта двойная турбулентность эквивалентом гироскопов. Она может быть искажена при изменении положения тела животных, что помогает им восстановить равновесие после того, как миног подхватят бурные речные воды, в которые они приходят на нерест.

Французский физик Леон Фуко, который более ста лет назад создал первый гироскоп и дал ему это название, был заинтересован главным образом в том, чтобы продемонстрировать вращение Земли. Наибольший успех имел его опыт 1851 года, когда Фуко использовал огромный маятник, подвешенный к крыше парижского Пантеона. По физическим законам, открытым Исааком Ньютоном, маятник продолжал раскачиваться в одной и той же плоскости, несмотря на то что под ним вращался пол Пантеона, Париж да и весь мир. Тот же принцип применим к быстро вибрирующему камертону и даже к стабилизаторам полета обычной мухи, представляющим собой вторую пару крыльев, оканчивающихся маленькими шишечками. Пока что вибрирующие стабилизаторы этих насекомых имитировали только в инженерных лабораториях. Быть может, завтра они и окажутся зачем-либо нужными человеку. Однако с момента изобретения гироскопа до его использования в навигации прошло 60 лет. Через 68 лет для авиации были сконструированы гиростабилизированные приборы, впервые позволившие летать «вслепую» при облачной или туманной погоде и в темноте.

Чтобы выровнять по горизонтали различные виды стационарного оборудования, человек использует несколько очень простых приборов. Некоторые из них содержат пузырек воздуха или плавающий на поверхности жидкости шарик, который поднимается под крышей прозрачной камеры до самого верха. В других используется металлический шар, который скатывается в самую нижнюю точку слегка вогнутого дна. Оба типа этих приборов являются эквивалентами крошечных органов равновесия животных. Даже одноклеточные организмы, вероятно, получают сигналы, указывающие «где верх, где низ», от капелек жира или других микроскопических шариков, находящихся внутри их протоплазмы. У мягких медуз имеются содержащие гранулы органы, которые расположены по краям их зонтичного тела. Панцирные крабы получают такую информацию от маленьких песчинок, находящихся в особых карманчиках, спрятанных в первом членике более коротких усиков.

Уровневые приборы животных очень разнообразны, и мы в связи с этим невольно вспоминаем, как один мудрый старый натуралист говорил нам: «Животное, как правило, обходится самыми простыми средствами, какие только позволяет ему его тело». Обитатель прудов, обыкновенный водяной клоп, захватывает обеими антеннами и прижимает к телу пузырек воздуха, который, давя на одну из антенн, указывает насекомому вертикальное направление. Насекомые, плавающие на спине, пользуются тем же методом, но предпочитают жить в перевернутом состоянии, спиной вниз. Улитки, вероятно, ощущают, где верх, где низ, судя по направлению, в котором вес раковины тянет их тело вниз. Новорожденный опоссум или кенгуру сам становится отвесным грузом, когда он, попеременно перебирая рано развившимися передними ногами, поднимается вверх по телу матери в ее сумку.

Столь большое количество животных отдает явное предпочтение такому положению, когда спина вверху, а брюшная поверхность внизу, что мы с явным удивлением взираем на любителей иной ориентации. Зачем этим животным плавать кверху брюхом и даже окраской своего тела — бледной на нижней спинной поверхности и темной на верхней брюшной — доказывать, что именно такое состояние является для них нормой? По какой причине сказочно красивые рачки, которые весной на очень короткое время появляются в лужах растаявшего снега, или их сородичи артемии, обитающие в соленых озерах Западных штатов, стремительно мчатся спиной вниз и при этом бьют по воде гребенчатыми ножками? По-видимому, такое положение не приносит им никаких неудобств.

Многие виды животных, которые прекрасно различают, где низ и где верх, напоминают нам нас самих, когда приспосабливают положение тела к роду занятий. В давние времена моряки на парусном судне были готовы лежать распластавшись на нок-рее, когда брали паруса на рифы. Современный механик по ремонту автомашин не видит ничего особенного в том, что он работает под машиной, лежа на спине. Подобным же образом жук-могильщик, который обычно ползает по земле на всех шести лапках, должен перевернуться на спину, чтобы столкнуть вниз мертвую мышь или потихоньку подкатить ее почти на метр к подходящему для похорон месту. Мечехвост медленно двигается по морскому дну на четырех парах лап, осуществляя координационный контакт с поверхностью дна. Но когда он захочет плавать, он поднимает передний край своего выпуклого тела и делает вертикальный поворот на 180°, так что голова его теперь направлена в противоположную сторону, верхняя часть туловища оказывается внизу, а ножки и жаберные пластинки, шлепая по воде, управляют движением. Когда мечехвост перестает плыть, он в этом перевернутом состоянии опускается на дно и с помощью длинного игольчатого хвоста принимает правильное положение.

К самым необычным животным земного шара относятся двупалые и трехпалые ленивцы тропической Америки, которые обычно висят вниз головой, зацепившись крючкообразными когтями за горизонтальные ветки. Днем они редко двигаются, а ночью медленно перебираются с дерева на дерево, поедая любимую ими листву. Иногда ленивец спускается на землю и медленно тащится к другой группе деревьев. Только в этих случаях, да еще в раннем детстве, когда он сидит, прицепившись к материнской груди и брюху, поросшим шерстью, он принимает позу, при которой спина обращена кверху, а брюхо — книзу.

Мы сами опознаем, в каком положении находится объект или животное — в правильном или перевернутом, — прежде всего посредством осязания, а затем уже с помощью зрительных сигналов. Мы можем убедиться в том, что осязание играет здесь главную роль, если попросим кого-либо в течение нескольких дней непрерывно носить очки с особыми призмами, которые свет, направляющийся в левый глаз, отправляют в правый, и наоборот. Такой человек правым глазом увидит воспринимаемый левым глазом мир в перевернутом состоянии. При открытых глазах и нормальном положении головы зрительная картина мира будет для него точно такой же, какой она была бы для человека, подвешенного за пятки, голова у которого оставалась бы на прежней высоте. Сначала этот перевернутый вверх тормашками мир кажется очень странным: ходить по нему или попытаться что-либо сделать руками, когда смотришь на них и видишь их перевернутыми, стоит большого напряжения. Однако через четыре дня человек с такими линзами не будет видеть ничего странного в своем положении. Мозг воспринял эту перемену, и вот уже возвращается и прежняя ловкость рук, и былая способность направлять глазами движения пальцев. Но когда такие очки снимают, то мир, видимый невооруженным глазом, снова кажется перевернутым! Опять потребуется несколько дней, чтобы приучиться к соответствию между тем, что видят глаза, и тем, что могут чувствовать пальцы.

Но одного зрения явно недостаточно. Если человек наденет очки, которые искажают его поле зрения, и начнет в них ходить, то всего лишь через несколько часов у него восстановится способность к нормальному маневрированию. А если человек в таких очках будет разъезжать в кресле на колесиках, он ничему не научится. Точно так же, если связать вместе несколько котят и позволить одному из них не только видеть мир, но и передвигаться, в то время как другие будут лишь смотреть на те же предметы, что и он, у них разовьются совершенно различные по характеру реакции. Котенок, который не мог передвигаться, не приучился избегать столкновений с препятствиями или падений с крутых склонов, тогда как «бродячий» котенок развивается нормально. Верх и низ или иная неоднородность зрительного поля ничего не означают ни для котенка, ни для человека, пока они не закреплены постоянным опытом как корреляты между зрением и осязанием.

Не все животные способны вести нормальный образ жизни, когда их мир переворачивается или у них удаляют органы равновесия. Поведение некоторых из них, таких, как улитки-береговички, обитающие на морских побережьях, обусловлено силой притяжения Земли. Эти улитки положительно реагируют на свет, когда они оказываются перевернутыми вверх ногами, и отрицательно — при нормальном положении тела. Точно так же и осьминог, которого обучили отличать горизонтальный прямоугольник от вертикального, теряет эту способность, если удалить хирургическим путем оба его органа равновесия. Без своих «уровней духа» он не сможет больше сохранять определенную ориентацию глаз. Потеряв эту способность, осьминог уже не сумеет различать предметы одинаковой формы, но по-разному ориентированные в отношении окружающего его мира.

Сегодня человек ставит перед собой новые проблемы, которые осьминог при его возможностях определенно не может разрешить. Каждый космонавт в космическом корабле обязательно встретится с невесомостью. И уж в космосе ни крошечный известковый хрусталик в мешочке внутреннего уха, ни кинестетические чувствительные органы не помогут ему определить направление. До тех пор пока скорость движения корабля по прямой или по огромной дуге остается постоянной, полукружные каналы космонавта не будут посылать нервной системе никаких сигналов, которые она могла бы интерпретировать. В своих ощущениях космонавт будет значительно дальше от реальности, чем сверчок, находящийся на поверхности воды в ведре, которое маленький мальчик крутит в вертикальной плоскости на вытянутой руке! Более чем когда-либо космонавт будет лететь вслепую и полностью зависеть от приборов, которые говорят ему, где он находится.

Если космонавт не станет думать о том, что путешествие будет долгим и что сам он будет заключен в закрытую защитную капсулу, где прямое зрение окажется скорее всего чрезвычайно ограниченным, то он продемонстрирует такую же храбрость и уверенность в отличной работе людей, подготовивших полет, которая нужна парашютисту, шагающему в открытый люк для прыжка вниз, пока не раскроется нейлоновый купол его парашюта. Но парашютист может положиться на гравитацию, которая подскажет ему, где верх и где низ.

Находясь вне поля земного притяжения, космонавт будет полагаться на приборы и систему гироскопов, чтобы обеспечить инерциальное руководство кораблем. Утешится ли он, узнав, что самые крупные из когда-либо летавших насекомых с размахом крыла в 75 сантиметров, которые жили 300 миллионов лет назад, как и современные стрекозы, обязаны своей поразительной авиационной способностью чрезвычайно простой системе инерциального руководства? Когда воздушный поток поднимает великолепные крылья стрекозы, тяжелая голова насекомого в силу инерции остается неподвижной. Тонкая шея позволяет туловищу свободно поворачиваться в разные стороны. Но стрекоза ощущает любую асимметрию по отношению к голове с помощью двух маленьких подушечек, о которые начинает тереться голова, чуть только нарушается прямая линия, соединяющая голову с брюшком. Эти подушечки представляют собой чувствительные органы, которые посылают сигналы к мышцам крыльев, заставляя их приспособиться к полету и привести туловище в правильное положение по отношению к направляющей полет голове. И таким образом стрекоза стремительно летит вперед, сцепив свои маленькие ножки в виде корзиночки, в которую она собирает себе на обед москитов и комаров, стабилизируя свой полет при помощи древнего механизма, который человек только начал копировать для своих дальних полетов.

Стрекоза выжила в процессе эволюции и со времени каменноугольного века сохранилась до наших дней. Специалисты в области авиационной физиологии пытаются заранее отобрать таких людей, которые вероятнее всего окажутся пригодными для успешного полета в космическом пространстве. Эти практические исследования заставляют нас по-новому взглянуть на работу человеческого мозга.

Восприятие нами вертикального положения своего тела является не каким-то отдельным чувством, а тесно связано с личностью индивидуума. В результате более чем десятилетних исследований, проведенных в Даунстейтском медицинском центре Нью-Йорка, было выяснено, что испытуемые отдают предпочтение разным путям восприятия. До некоторой степени эти различия, видимо, врожденные, так как полностью формируются уже в раннем возрасте и часто проявляются в период от 8 до 13 лет. По мере роста навыки обычно шлифуются, но относительное положение детей внутри каждой группы существенно не меняется.

Многие из обследованных детей и взрослых при установлении горизонтального и вертикального направлений полагаются почти исключительно на зрение. Они не обращают внимания на сигналы, приходящие от внутреннего уха и чувствительных органов в коже, мышцах и сухожилиях. Эти люди, как правило, находятся в ребяческой зависимости от друзей и предпочитают такие задачи, которые они могут решать коллективно. Часто они воспитываются в семьях, где родители с большой неохотой доверяют им ответственные дела или же строго ограничивают их действия.

Другие испытуемые легко игнорируют зрительные сигналы, если они противоречат показаниям других органов чувств о положении тела относительно земного притяжения. Эти люди обычно независимы по натуре и часто доходят до полного неподчинения. Как правило, они рано избавляются от родительской опеки и расширяют круг своих интересов, пытаясь успешно бороться с трудностями в окружающем их мире. В целом они добиваются большего успеха, чем первые, при опытах на IQ (коэффициент умственного развития), поскольку проявляют особый талант при решении таких задач, где требуется выделять простые элементы из беспорядочной сложности. Прибегая к этим чувствам, они прекрасно угадывают скрытую сущность явлений, хотя обычно не обладают особенно богатым словарным запасом, обширными знаниями или сообразительностью. Но что бы и как бы ни делали «независимые от зрения» испытуемые, они быстрее других узнают, где верх и где низ.

Каждому из нас хотелось бы знать, к какой категории принадлежим мы и как это отражается на наших представлениях о мире. Насколько наши навыки зависят от наследственности и насколько — от окружающей среды? По-видимому, способность прямо повесить картину связана с умением увидеть на кусте неподвижно сидящую птицу. Эти факты лишний раз доказывают, что такого рода чувства необходимо рассматривать с учетом всей личности. Ощущения, которые мы получаем, не определяются только объектами, действующими на наши органы чувств, или ограниченными возможностями этих органов чувств. Наш мозг также участвует в этом процессе, и именно поэтому каждая отдельная личность по-своему воспринимает Вселенную.