Как работает мозг

Позвольте закончить эту историю самым радостным моментом для меня как для автора эксперимента. Вероятно, вы с недоверием восприняли эту идею мысленного вращения. Ведь все, что мы выяснили, – это что наклонные фигуры распознаются более медленно. Я поспешил сделать вывод, что люди вращают мысленный образ, но, может быть, наклонные формы просто сложнее анализировать по другим причинам? Есть ли доказательства того, что люди на самом деле осуществляют имитацию физического вращения в реальном времени, градус за градусом? Проявляются ли в их поведении хоть какие-то намеки на геометрию вращения, которые могли бы убедить нас, что они прокручивают в голове такое кино?

Мы с Тарром обнаружили кое-что, что нас поразило. Мы провели еще один эксперимент, в ходе которого протестировали людей на тех фигурах, которые они изучили, и на их зеркальных изображениях в разных положениях:

Это не был тест на распознавание зеркальных изображений, как в экспериментах Купера и Шепарда; людям сказали, что обе версии нужно рассматривать одинаково – точно так же, как мы используем одно и то же название для левой и для правой перчатки. Конечно, это естественная тенденция людей. Тем не менее наши испытуемые почему-то все равно воспринимали их иначе. Имея дело со стандартными версиями (верхний ряд), люди изучали их дольше, когда фигура была наклонена больше: каждая последующая картинка в верхнем ряду занимала у них немного больше времени, чем предыдущая. Однако когда речь шла о зеркальных версиях (нижний ряд), наклон не имел значения: на все положения затрачивалось примерно одинаковое время. Казалось, что люди осуществляют мысленное вращение стандартных фигур, но не делают этого с их зеркальными изображениями. Мы с Тарром были вынуждены написать статью, в которой уверяли читателя, что люди используют другую стратегию для распознавания зеркальных изображений. (В психологии объяснять непонятные данные с помощью «стратегий» – последнее средство, к которому прибегают, если не имеют понятия, что с ними делать.) Однако как раз в тот момент, когда мы уже готовили последний вариант рукописи к публикации, нас осенило.

Мы вспомнили теорему геометрии движения: двухмерную форму всегда можно совместить с ее зеркальным отображением путем вращения не более чем на 180°, при условии, что вращение происходит в третьем измерении вокруг оптимальной оси. Теоретически любую из наших зеркальных фигур можно было развернуть в глубину таким образом, чтобы она совпала со стандартной вертикальной формой, и на каждый такой разворот потребовалось бы одинаковое количество времени. Зеркальное изображение с наклоном в 0° просто развернулось бы вокруг вертикальной оси, как вращающаяся дверь. Перевернутая на 180° фигура могла бы повернуться, как цыпленок на вертеле. Фигура, лежащая на боку, могла бы развернуться вокруг диагональной оси примерно так: посмотрите на тыльную сторону правой руки, держа ее пальцами вверх; теперь посмотрите на свою ладонь, повернув ее пальцами влево. Для разворота других смещенных фигур могут служить различные наклонные оси; в каждом из этих случаев вращение составит ровно 180°. Это предположение идеально подошло бы для объяснения наших данных: возможно, люди мысленно вращали все фигуры, но действовали при этом оптимально – стандартные фигуры поворачивали по кругу в плоскости изображения, а зеркальные изображения поворачивали в глубину, выбирая наиболее подходящую ось для поворота.

Мы с трудом могли в это поверить. Неужели люди способны выбрать оптимальную ось для разворота, даже не зная, что за фигуру они распознают? Мы знали, что с математической точки зрения это возможно: найдя всего три выдающихся неколлинеарных точки на каждом из двух видов фигуры, можно вычислить ось вращения, которая позволит совместить один вид с другим. Но действительно ли люди способны произвести это вычисление? Убедиться в этом нам помогла компьютерная анимация. Роджер Шепард однажды показал, что если люди видят фигуру попеременно то в вертикальном, то в наклонном положении, им кажется, что она качается вперед и назад. Поэтому мы продемонстрировали самим себе стандартную вертикальную фигуру, чередующуюся с одним из ее зеркальных изображений с интервалом в секунду. Впечатление, что фигура переворачивается, было таким очевидным, что мы даже не взяли на себя труд искать добровольцев для эксперимента, чтобы подтвердить это. Когда фигура чередовалась с вертикальным отражением, казалось, что она поворачивается на шарнире, как активатор в стиральной машине. Когда она чередовалась с перевернутым отражением, казалось, что она делает обратное сальто. Когда она чередовалась с повернутым на бок отражением, казалось, что она раскачивается туда-сюда на диагональной оси, и так далее. Мозг каждый раз находит оптимальную ось. Участники нашего эксперимента оказались умнее нас.