Ed Yong (1981--) An immense world: how animal senses reveal the hidden realms around us. (2022)
12. Every Window at Once (перевод см. ниже)
Uniting the Senses
If you see movement, is that because something around you moved or because your eyes did? If an animal can’t tell other-produced signals from self-produced ones, its Umwelt would be an unintelligible mess.
This problem is so fundamental that very different creatures have solved it in the same way. When an animal decides to move, its nervous system issues a motor command—a set of neural signals that tell its muscles what to do. But on its way to the muscles, this command is duplicated. The copy heads to the sensory systems, which use it to simulate the consequences of the intended movement. When the movement actually occurs, the senses have already predicted the self-produced signalsthat they are about to experience. And by comparing that prediction against reality, they can work out which signals are actually coming from the outside world and react to them appropriately.* All of this happens unconsciously, and while it isn’t intuitive, it is central to our experience of the world. The information detected by the senses is always a mix of self-produced (reafference) and other-produced (exafference), and animals can tell the two apart because their nervous systems are constantly simulating the former.
Philosophers and scholars have speculated about this process for centuries. In 1613, the Belgian physicist François d’Aguilon wrote that “an internal faculty of the soul perceives the movement of the eye.” In 1811, German physician Johann Georg Steinbuch wrote about Bewegideen, or “motion ideas”—brain signals that control movements and that interact with sensory information. In 1854, another German physician, Hermann von Helmholtz, referred to the Bewegidee as Willensanstrengung, or “effort of will.” As of 1950, the duplicated motor commands have been called efference copies or—my favorite of these terms—corollary discharges. There are subtle differences between these terms, but the underlying idea is the same. Whenever an animal moves, it unconsciously creates a mirror version of its own will, which it uses to predict the sensory consequences of its actions. With every action, the senses are forewarned about what to expect and can prepare themselves accordingly.
* It’s frankly astonishing that this works. Look to your left. Your brain just sent a simple signal that told some of the muscles around your eyeball to contract. How did your nervous system then use that signal to predict how the scene around you would change? We know that it did, but the actual computations that occurred are still a mystery. “How do you go from a motor command to a signal that a sensory structure can work with?” Nate Sawtell, who works with electric fish, asks me. “That’s the core problem.”
Эд Йонг (1981-) Необъятный мир: как органы чувств животных открывают скрытые сферы вокруг нас. (2022).
12. Все окна сразу
Объединение чувств
Если вы видите движение, это потому, что что-то движется вокруг вас, или потому, что это сделали ваши глаза? Если животное не может отличить сигналы, подаваемые другими, от сигналов, подаваемых им самим, его речь будет неразборчивой.
Эта проблема настолько фундаментальна, что самые разные существа решали ее одинаково. Когда животное решает двигаться, его нервная система отдает двигательную команду — набор нервных сигналов, которые сообщают мышцам, что делать. Но на пути к мышцам эта команда дублируется. Копия направляется в сенсорные системы, которые используют ее для моделирования последствий предполагаемого движения. Когда движение действительно происходит, органы чувств уже предугадывают сигналы, которые они вот-вот получат. И, сравнивая это предсказание с реальностью, они могут определить, какие сигналы на самом деле поступают из внешнего мира, и соответствующим образом реагировать на них. * Все это происходит неосознанно, и хотя это не интуитивно, это играет центральную роль в нашем восприятии мира. Информация, воспринимаемая органами чувств, всегда представляет собой смесь информации, полученной от самих себя (афферентация) и информации, полученной от других (эксафферентация), и животные могут различать их, потому что их нервная система постоянно имитирует первую.
Философы и ученые размышляли об этом процессе на протяжении веков. В 1613 году бельгийский физик Франсуа д'Агилон написал, что “внутренняя способность души воспринимает движение глаз”. В 1811 году немецкий врач Иоганн Георг Штейнбух написал о Bewegideen, или “идеях движения” — сигналах мозга, которые управляют движениями и взаимодействуют с сенсорной информацией. В 1854 году другой немецкий врач, Герман фон Гельмгольц, назвал это состояние Willensanstrengung, или “усилием воли”. С 1950 года дублированные двигательные команды стали называться эфферентными копиями или — мой любимый из этих терминов — сопутствующими разрядами. Между этими терминами есть небольшие различия, но основная идея одна и та же. Всякий раз, когда животное двигается, оно бессознательно создает зеркальную версию своей собственной воли, которую оно использует для предсказания сенсорных последствий своих действий. При каждом действии органы чувств получают предупреждение о том, чего ожидать, и могут соответствующим образом подготовиться..
* Откровенно говоря, удивительно, что это работает. Посмотрите налево. Ваш мозг только что послал простой сигнал, который заставил некоторые мышцы вокруг вашего глазного яблока сократиться. Как ваша нервная система использовала этот сигнал, чтобы предсказать, как изменится окружающая вас обстановка? Мы знаем, что так оно и было, но фактические вычисления, которые происходили, до сих пор остаются загадкой. “Как вы переходите от моторной команды к сигналу, с которым может работать сенсорная структура?” Спрашивает меня Нейт Соутелл, который работает с электрическими рыбами. “Это основная проблема”.
