SEHEN – MIT AUGE ODER GEHIRN?

Vera Dallemulle
Abschlussjahr 2009/2010

EINLEITUNG

Schon als Kleinkind beginnt man mit dem Licht zu leben: Es ermöglicht ihm, zu sehen, seine Umwelt zu erkennen und die Schönheiten dieser Welt zu genießen. Diese Fähigkeit ist allerdings nicht so selbstverständlich, wie es zunächst scheint, sondern muss gelernt sein. Die optische Wahrnehmung ist nämlich ein Produkt aus einem langen Lernprozess, der uns ein Leben lang begleitet. So ist das Sehen kein bloßes Abbild der Außenwelt, sondern es baut auf vielfältige Erfahrungen auf, die uns das Auge und andere Sinnesorgane zugleich liefern. Diese helfen uns dabei, die gesehenen Dinge verständlich zu machen. Dabei nehmen wir die Richtigkeit unserer Wahrnehmung als selbstverständlich an und wundern uns, wenn unser Sinn oftmals getäuscht wird.

Ohne diese Fähigkeit, Reize aufzunehmen und die Umwelt zu entschlüsseln, wäre jede menschliche Kultur undenkbar. Der Mensch ist nämlich ein “Augentier”, der in seinem Leben nach Anschaulichkeit verlangt. Der Mensch strebt danach, nicht nur sinnlich Wahrgenommenes, sondern auch die sinnliche Wahrnehmung an sich zu ergründen und zu erklären. Die dabei erzielten Errungenschaften sind “zugleich ein wesentliches Stück Kulturgeschichte der Menschheit”, wie sich Professor Adolf Bleichert, Abteilungsvorsteher am Physiologischen Institut an der Universität Hamburg, zu diesem Thema äußert.

Aufgrund der Bedeutung des Gesichtssinnes in unserem alltäglichen Leben, seiner Unabdingbarkeit und seines Zaubers, und meines persönlichen Interesses für dieses Gebiet habe ich dieses Thema ausgewählt. Denn ich bin fasziniert davon, wie der Mensch jeden Tag aufs Neue die Welt erblicken kann und sich dadurch immer weiter entfaltet. Genau dieses Thema werde ich auch in meiner späteren Berufswahl mit einbeziehen, ausgehend von einem Optometrie – Studium.

1. DAS AUGE – VERBINDUNG ZUR UMWELT

1.1 Bedeutung des Gesichtssinnes

Irgendwann hat jeder einmal versucht, seine Augen zu schließen und sich tastend im Zimmer zurechtzufinden, während man sich vorstellt, ein Leben als Blinder zu führen. Recht bald wird man sich aber bewusst, wie schwierig diese Herausforderung eigentlich ist und bricht den Versuch sofort wieder ab. In diesem Augenblick kehrt nicht nur das Sehvermögen zurück, sondern auch der Kontakt zur Umwelt wird wieder hergestellt. An die Stelle des Unbehagens tritt ein Gefühl von Sicherheit. Dieser Versuch zeigt, wie wichtig die optische Wahrnehmung eigentlich ist und wie wenig wir uns im alltäglichen Leben dessen bewusst sind.

Fast jedes Tier braucht das Sehvermögen zum Überleben, doch viel mehr bedeutet es ihm nicht. Für den Menschen hingegen ist es nicht nur eine Existenzfrage, sondern auch ein Werkzeug seines Denkens und ein Mittel, um sein Leben zu bereichern.

Schon seit dem Paläolithikum malt der Mensch, vermutlich aus dem Bedürfnis heraus, sichtbare Abbilder zu schaffen. Der moderne Künstler hingegen versucht, in Bildern auszudrücken, was sich mit Worten nicht sagen lässt. Dasselbe gilt auch für den Wissenschaftler, der komplizierte Überlegungen in chemischen Formeln oder anschaulichen Modellen auszudrücken versucht. Dem Menschen, der eine besondere Ausprägung der optischen Wahrnehmung besitzt, war es nämlich aufgrund dieser Notwendigkeiten möglich, eine geschriebene Sprache zu erfinden, die allen zugänglich ist und noch lange nach dem Ausklingen des gesprochenen Wortes fortbesteht.

Das System der optischen Wahrnehmung – dieses besteht aus den Augen und den zugehörigen Teilen des Gehirns- ist bei uns Menschen höher entwickelt als bei irgendeinem Tier. Es ermöglicht uns, die Außenwelt zu erkennen, zu verstehen und einzuordnen, Antworten auf Fragen zu finden und die Wunder der modernen Technik zu entwickeln. Manchmal wird unsere Wahrnehmungsfähigkeit bis an die Grenze ihrer Möglichkeiten beansprucht, wenn die Augen in wenigen Sekunden eine Unmenge an Informationen aufnehmen müssen- oft sogar mehr als ein ganzes Heer an Computern bei einem Raketenstart registrieren kann. Diese Beanspruchung ist in einem simplen Beispiel leicht erklärt: Man stelle sich vor, mit dem Auto durch einen Tunnel zu fahren und die optischen Eindrücke der Beleuchtung zu bewältigen: In doppelter Reihe sind die Lampen in regelmäßigen Abständen an der Decke angebracht. Diese scheinen, sich zu bewegen. Je näher man ihnen kommt, desto größer werden die Abstände zwischen ihnen. Weit vorne scheinen sie langsamer zu wandern, beim Vorbeifahren schneller. Wenn sie aber zu beiden Seiten der Fenster plötzlich entschwinden, verlangsamt sich ihre scheinbare Bewegung wieder und sie verschwinden aus dem Blickfeld. Gleichzeitig wird der Fahrer von einem seitenverkehrten und verzerrten Abbild der Beleuchtung auf der Motorhaube verwirrt und sieht vor sich die roten Rücklichter der Autos aufleuchten und hinter sich die Scheinwerfer der anderen, auf deren Motorhaube sich wieder alles spiegelt. Auf den Fahrer wirken diese vielen Reize ein, und er ist gezwungen, sich ihnen anzupassen, Geschwindigkeiten einzuschätzen und sich nicht verwirren zu lassen. Diese hohe Anpassungsfähigkeit beruht auf einer Vorrichtung, welche vor etwa 300 Millionen Jahren aus nur einer lichtempfindlichen Stelle im Körper eines Tieres bestand und nur auf Helligkeit oder Dunkelheit reagierte. Diese hat im Laufe der Evolution recht ungewöhnliche Wandlungen erfahren und wurde immer spezialisierter mit dem Ergebnis der heutigen Komplexität der optischen Wahrnehmung.

1.2 Unterschiedliche Augen für unterschiedliche Zwecke

Die Augen aller Lebewesen sind zwar aus derselben Urform entstanden, haben sich jedoch im Laufe der Evolution zu unterschiedlichen Formen mit unterschiedlichen Aufgaben entwickelt. Die Augen der Eule sind so zum Beispiel auf das Nachtsehen spezialisiert, während andere Lebewesen, sie hauptsächlich bei Tag gebrauchen können. Man unterscheidet außerdem zwischen Augen, die zur Jagd von Nutzen sind, oder jenen, die zur Verteidigung geeigneter sind, wie beim Eichhörnchen. Seine Augen liegen seitlich am Kopf, sodass es geradeaus sehen kann und gleichzeitig nach oben nach Verfolgern Ausschau halten kann, wenn es auf der Flucht ist.

Jede Augenform bringt in ihrer Aufgabe Vor- aber auch Nachteile mit sich. Die Kröte beispielsweise gebraucht ihre Augen nicht nur fürs Sehen, sondern auch für die Nahrungsaufnahme. Weil sie nämlich nur eine Zahnreihe besitzt, gebraucht sie ihre Augen, um die Nahrung festzuhalten, indem sie diese durch eine Mulde in die Mundhöhle senkt. Für diesen Vorgang benutzt sie dieselben Muskeln, die der Mensch zum Rollen der Augen benötigt. In diesem Moment befindet sie sich jedoch in großer Gefahr, da sie keine Feinde herannahen sehen und dementsprechend nicht reagieren kann.

Das optische System des Menschen ähnelt am ehesten dem der baumkletternden Jäger, die auf eine schnelle Augeneinstellung angewiesen sind, während sie sich von Ast zu Ast schwingen. Diesen ähnlich, besitzt der Mensch zwei nach vorne, auf denselben Punkt gerichtete Augen, die Abbildungen koordinieren, sodass ein scharfes dreidimensionales Bild entsteht. Diese Augen sind enorm anpassungsfähig, vor allem auf Lichtreize, und sehr genau. Sie unterscheiden Farben, schätzen Größen und Entfernungen ab und können in kürzester Zeit von der Einstellung, die fürs Lesen eines Buches benötigt wird, auf Fernsicht wechseln, wobei alle 5 Sinne zusammenarbeiten und sich gegenseitig verstärken: Auge und Ohr informieren über den Raum, Auge und Tastsinn über Form und Struktur eines Gegenstandes usw.

1.3 Augensprache

Das Kleinkind muss diese Zusammenarbeit und gegenseitige Kontrolle der Sinne erst erlernen. Zwar ist bei seiner Geburt die optische Augenapparatur bereits der eines Erwachsenen ähnlich, jedoch muss ein Großteil des Sehvermögens erst wie eine Sprache Wort für Wort erlernt werden. Was aber ein Kind wirklich sieht und wie sich sein Gesichtssinn entwickelt, lässt sich nur mit Mühe feststellen, da es seine Eindrücke noch nicht wiedergeben kann. Seine Reaktion auf das Licht lässt sich feststellen, aber auch die frühzeitige Entwicklung der Tiefenwahrnehmung, wie Eleanor Gibson, amerikanische Kinderpsychologin, in einem Versuch bewiesen hat. Dabei ließ sie Kinder vor einem tiefen Abgrund spielen, der mit einer Glasplatte sicher abgedeckt war. Diesem näherten sich die Kinder zwar, jedoch bewegten sie sich nie auf diese, auch nicht durch Zurufe und Lockmanöver ihrer Mütter. Nur rückwärts, ohne hinzuschauen, krabbelten sie auf die Platte.

Mithilfe ähnlicher Versuche und langfristigen Beobachtungen ist es möglich, eine allgemeine Übersicht über die einzelnen Stadien des Sehvermögens zu entwerfen: Zunächst reagiert der Säugling nur auf Berührungen und Licht. Mit drei Monaten hat er gelernt, den Kopf Geräuschen zuzuwenden. Nach 5 Monaten greift er nach Dingen, die vor ihm hängen und nach einiger Zeit kann er sogar erkennen, welche Gegenstände sich in seiner Reichweite befinden und welche er nicht mehr greifen kann. Das Kind lernt, dass Gegenstände auch nach deren Verschwinden aus dem Blickfeld noch fortbestehen, dass manche massiv sind und sich bewegen lassen und andere nicht. Es schätzt Größen und Entfernungen ab und allmählich entwickelt sich die simplifizierte Auffassung des Gesehenen zu allgemeinen Prinzipien: Nicht jedes Lebewesen, das nicht Mensch ist, wird mehr als Tier bezeichnet, sondern es werden verschiedene Tiere mit unterschiedlichen Merkmalen unterschieden. Nun beginnt die Zeit der Entdeckungen, in der zahlreiche Informationen gesammelt werden, die ihm später erlauben, nur mithilfe der Augen seine Umwelt zu erkennen.

Um dieses Phänomen zu ergründen, wurde Blinden, denen durch künstliche Eingriffe das Augenlicht gegeben wurde, viel Aufmerksamkeit geschenkt. Die Hoffnung, die normale Sehentwicklung zu erforschen, wurde allerdings nicht erfüllt. Das Studium dieser Fälle offenbarte jedoch interessante Fakten.

Richard L. Gregory, Leiter von Wahrnehmungsuntersuchungen am Psychologischen Institut der Cambridge University, beschrieb in seiner Studie “Recovery from early blindness – a case study” von 1963, den Fall eines Mannes, Jean Wallace, der mit 52 Jahren sehend gemacht wurde. Zu Beginn konnte er nur wenig wahrnehmen und auf Gegenstände nur seinen Tastsinn anwenden. Sein Tiefensehen war weniger entwickelt als das der Kinder, die die Glasscheibe über der Vertiefung mieden. So glaubte er z.B., einfach den Fuß aus dem Fenster des 3. Stockwerkes zu setzten und auf die Straße zu steigen. Er erlernte das Lesen nicht, sondern blieb bei der Blindenschrift. Er liebte Farben, konnte aber den Anblick von Verschmutzung oder abblätternder Farben nicht ertragen. Nach kurzer Zeit fiel er in Depression und schloss sich wieder im Dunkeln ein. Drei Jahre nach der Operation starb er.

1.4 Die Aufgabe des Gedächtnisses beim Sehen

Das Sehen ist kein einfacher Vorgang. Insofern tritt nicht ein Abbild der Umwelt ins Auge ein und wird dort sichtbar. Vielmehr bilden Auge und Gehirn ein ordnendes System, das die einströmenden Informationen analysiert und weiterleitet.

Das Auge erhält nur von jenen Dingen ein scharfes Abbild, auf die es sich konzentriert. Die Auswahl wird dabei größtenteils vom Gehirn vorgenommen. Der amerikanische Philosoph und Psychologe William James sagte einmal:

“Millionen von Dingen bieten sich in der Umwelt meinen Sinnen an, doch dringen sie nie richtig in mein Bewusstsein ein. Warum? Weil sie für mich keine Bedeutung besitzen. Meine Erfahrung besteht aus dem, was ich aufnehmen will. Nur was ich wahrnehme, formt meinen Geist – ohne ein selektives Interesse ist Erfahrung ein völliges Chaos.”

Betrachtet man so z.B. den Titel eines Buches in einem Bücherregal, sticht dieser klar ab, während die restlichen undeutlich erscheinen. Diese Ausscheidung des Unnötigen ist Aufgabe des Ordnungsprozesses.

Die Umwelt kann nicht als Ganzes wahrgenommen werden. Mit dem Drehen des Kopfes wird eine Folge von Bildern erfasst, die das Gehirn so gut miteinander verbindet, dass der episodische Charakter des Sehvorganges dabei verloren geht.

Das Gehirn kümmert sich außerdem um das Ausfüllen optischer Lücken: Der Mensch kann nicht hinter sich blicken. Trotzdem empfindet er den Raum dort weder als schwarz noch als leer, sondern das Gehirn füllt diesen nicht sichtbaren Raum aus, wodurch die Welt um uns herum kontinuierlich erscheint.

Jeder Mensch strebt danach, Dinge so zu sehen, dass sie im Rahmen der Erfahrung, Erwartung und des Wissens sinnvoll erscheinen. Zusammen mit dem Auge analysiert das Gehirn eingegangene Informationen und kann Schlüsse ziehen durch eine Fülle an Informationen im optischen Wahrnehmungssystem. Dabei verlässt es sich nicht auf eine einzige Aussage, sondern vergleicht das Wahrgenommene mit Vergangenem, wodurch ein sinnvolles Abbild der Umwelt entsteht.

2. DAS AUGE ALS KAMERA

Seit Jahrtausenden beschäftigt sich der Mensch mit der Frage, wie das Auge funktioniert. Unzählige Theorien wurden aufgestellt, doch die eigentliche Erkenntnis, dass das Auge ein Apparat ist, der Bilder einfängt, wurde erst vor 300 Jahren gewonnen. Selbst die Griechen hatten dies nicht erkannt. Um 500 v. Chr. stellten sie die Theorie auf, dass das Sehen nur deshalb möglich sei, weil das Auge lichtartige Strahlen wie Fühler ausschickt, die einen Gegenstand berühren und ihn dadurch sichtbar werden lassen. Ihrer Meinung nach, musste der Sehprozess “draußen” stattfinden, weil sich die Dinge “draußen” befinden und nicht in unserem Inneren. Sogar Euklid glaubte daran. Aristoteles hingegen versuchte diese Ausstrahlungstheorie mit der Frage zu widerlegen, warum es im Dunkeln nicht möglich sei, zu sehen, wenn doch die Augen die Lichtquellen seien. Er wurde jedoch nicht weiter beachtet und erst im 17. Jahrhundert wurde die Theorie sorgfältig überprüft:

1625 verifizierte der deutsche Jesuit Christoph Scheiner, dass Licht in das Auge eindringt und dadurch das Abbild des Gesehenen sichtbar wird. Sein Beweis dafür war sehr einfach: er entfernte die Außenhaut der Augenrückenwand eines eben geschlachteten Tieres, wodurch er die durchsichtige Innenhaut, die Retina oder Netzhaut, freilegte. Sah man nun von hinten durch die Retina, konnte man kleine Reproduktionen der Gegenstände, welche sich vor dem Auge befanden wahrnehmen – ähnlich wie ein Fotograf sie auf seiner Kamera erkennt. 1

2.1 Orbita

Das Auge, das wohl wichtigste und schönste Sinnesorgan, liegt als Ausstülpung des Zwischenhirns, eines Teiles des zentralen Nervensystems, wohl geschützt in der Orbita, einer knöchernen Höhle, deren Größe von Geschlecht, Rasse und Alter abhängt. Ihre Innenfläche ist von Knochenhaut (Periost) überzogen, die als bindegewebige Membran dient. An der Bildung der Orbita beteiligen sich unterschiedliche Knochen:

Stirnbein (Os frontale)     Abb. 1: Schädelknochen

Wangenbein (Os zygomaticum)

Oberkiefer (Os maxillare)

Tränenbein (Os lacrimale)

Siebbein (Os ethmoideum)

Keilbein (Os sphenoideum)

Gaumenbein (Os palatinum)

In diese eingebettet liegt der Augapfel (Bulbus), der beim Menschen eine fast kugelförmige Gestalt annimmt. Von vorne nach hinten misst er 24 mm, sein Horizontal- und Vertikaldurchmesser betragen ungefähr 23 mm.2

Abb.2: Querschnitt des menschlichen Auges

2.2 Lederhaut (Sclera)

Sie ist die äußerste der drei Häute, die den Augapfel (mit Ausnahme des vorderen Teils) umgeben. Sie besteht aus weißem Bindegewebe, das vorne in die Hornhaut (Cornea) übergeht. Dorsal gelegen befindet sich eine siebähnliche Verdünnung, die Lamina cribrosa, durch welche die retinalen Nervenfasern hindurch ziehen, die den Sehnerv bilden. Aufgabe der Lederhaut ist es, das Auge vor Schlägen zu schützen und den Innendruck des Auges zu regulieren, indem es über den Schlemm-Kanal das Kammerwasser ableitet. Sinkt dieser Druck unter seinen Normalwert droht Netzhautablösung, steigt er besteht die Gefahr des grünen Stars.

2.3 Aderhaut (Chorioidea)

Sie ist sehr reich an Blutgefäßen, die auch die anliegenden Schichten der Netzhaut

ernähren. Diese macht den Augapfel durch ihre schwarze Farbe zu einer Dunkelkammer,

in welche Strahlen nur durch die Pupille einfallen können. 3

2.4 Iris und Pupille Abb. 3. Regenbogenhaut

Der vorderste Abschnitt der Aderhaut ist die Iris. Sie ist der auffälligste Teil des Auges, da sie braun, blau, grau oder grün sein kann – das griechische Wort bedeutet Regenbogen. Diese Regenbogenhaut ist eine diaphragmaartige Membran mit der Pupille in ihrem Zentrum. Die Pupille wirkt jedoch nicht wie ein Loch, sondern eher wie eine Fläche, weil hinter ihr das dunkle Augeninnere liegt. Die Größe dieser Öffnung wird den veränderten Lichtverhältnissen durch Nervenimpulse angepasst, die über Muskeln der Iris übermittelt werden: Der vom Parasympathikus versorgte Ringmuskel verengt die Pupille (Miosis), während sie ein vom Sympathikus versorgter Muskel erweitert (Mydriasis). Im Dunkeln kann die Pupille erbsengroß werden, im Sonnenlicht hingegen verengt sie sich bis auf Nadelkopfgröße. Sie schließt sich jedoch niemals ganz. 4 Das Pupillenspiel funktioniert so tadellos, dass man sich der Bedeutung der Iris erst dann bewusst wird, wenn der Augenarzt pupillenerweiternde Tropfen für Untersuchungszwecke ins Auge gibt und den Patienten alles blendet, weil zu viel Licht einfällt. Die Pupillengröße wird auch von Signalen beeinflusst, die vom Einstellungsapparat des Auges ausgehen: Beim Lesen z.B. verkleinert sich die Pupille, um ein schärferes Abbild zu erhalten. Die Pupille wird dagegen bei Betrachtung eines weiter entfernten Gegenstandes größer. Noch ein dritter Faktor spielt bei der Pupillengröße eine wichtige Rolle: die gefühlsmäßige Reaktion auf das Gesehene. Betrachtet ein Mann z.B. das Bild eines schönen Mädchens im Bikini verkleinert sich die Pupille nicht, wie man erwarten würde, sondern, vergrößert sich. Dieses Phänomen wurde von Wissenschaftlern untersucht. Sie weisen darauf hin, dass bereits vor einigen Jahrhunderten chinesische Jadehändler beim Vorlegen von Schmuckstücken die Augen des potentiellen Kunden beobachteten. Erweiterten sich, wussten sie, dass der Kunde mit diesem Stück liebäugelte und setzten einen entsprechenden Preis fest. 5

2.5 Augenkammern

Die vordere Augenkammer wird durch die Cornea und die Iris begrenzt und steht über die Pupille mit der hinteren Augenkammer in Verbindung. Beide sind mit Kammerwasser gefüllt. 6

2.6 Ziliar-/ Strahlenkörper (Corpus ciliare)

Dieser folgt auf die Iris. Er ermöglicht durch seine Zusammenziehung die Nahanpassung (Akkomodation). Dabei entspannt sich der Aufhängeapparat der Linse, wodurch sie ihre stärker gewölbte Eigenform annimmt und ihre Brechkraft zunimmt. Ist der Ziliarmuskel entspannt, wirken elastische Kräfte der Augenhäute und ziehen am Aufhängeapparat der Linse, wodurch sich diese abplattet und das Auge in die Ferne blicken kann. 7

2.7 Netzhaut (Retina)

Sie ist die innerste der Augenhäute und besteht aus durchsichtigem Nervengewebe. Festgeheftet ist sie nur beim Austritt des Sehnerves und in der Nähe des Ziliarkörpers. An der Innenseite ihrer äußersten Schicht liegen die Stäbchen und Zapfen, die Sinneszellen des Sehens. Diese sind hochspezialisierte Nervenzellen, die den Lichtreiz in eine Nervenerregung umsetzen.

Die etwa drei bis sechs Millionen Zapfenzellen sind in den zentralen Abschnitten konzentriert und dienen dem Farbensehen. Die Farbe eines Gegenstandes hängt von der Wellenlänge der von ihm ausgesandten Strahlen ab. Die verschiedenen Farbeindrücke werden dabei durch das Zusammenspielen von drei Rezeptoren, Opsine, erhalten. Hierfür kann man sich die Zapfen der Netzhaut als Rot-, Grün- und Blauviolettempfänger denken.

An der Netzhautverdünnung bildet sich eine Eindellung (Fovea centralis) mit einem Durchmesser von etwa 1,5 mm, deren Zentrum keine Stäbchen, sondern lediglich Zapfen enthält. Diese Stelle wird wegen ihrer Pigmentierung auch gelber Fleck (Macula lutea) genannt und ist die Stelle des schärfsten Sehens.

Abb. 4 Macula lutea

Die Schwarzweißempfindung (skototopisches Sehen) hingegen wird durch die 75 bis 125 Millionen Stäbchenzellen vermittelt. Diese reagieren auf das Rhodopsin, welches wegen seiner Farbe auch Sehpurpur genannt wird, das bei Belichtung abgebaut wird und sich im Dunkeln wieder erneuert. 8 Zu Beginn des Sehprozesses führt der Lichteinfall zu einer Isomerisierung des Retinals, einem Bestandteil des Rhodopsins, wodurch die räumliche Anordnung der Stäbchenmoleküle verändert wird was zur Umwandlung des äußeren Lichtreizes in ein physiologisches Signal führt. Abb. 5: Stäbchen und Zapfen

Für den Aufbau von Rhodopsin in den Stäbchen und Iodopsin in den Zapfen ist die Aufnahme von Vitamin A von großer Bedeutung. Mangel an Vitamin A kann zur Nachtblindheit, Trockenheit des Auges (Xerophthalmie) sowie zur Hornhautentzündung (Keratitis) führen und bei Kindern sogar zur Erblindung. Diese Krankheiten treten vor allem in Ländern der dritten Welt auf, weil deren Nahrung vorwiegend auf Reis basiert. 9

Weder Stäbchen noch Zapfen befinden sich an der Austrittsstelle der Nervenfasern aus dem Augapfel. Dieser Punkt wird deshalb auch als blinder Fleck oder Papille bezeichnet. Dieser hat einen Durchmesser von ungefähr 1,5 mm und ist mit dem Auge leicht nachweisbar: Hierfür fixiere man mit nur einem Auge über einem mit ausgestreckten Arm gehaltenen Stift einen Punkt in der Ferne. Bewegt man den Arm in einer waagrechten Linie um ungefähr 12 Grad nach außen, verschwindet die Bleistiftspitze und taucht beim Weiterbewegen wieder auf. In einem Meter Entfernung stellt die Papille einen Kreis mit 10 cm Durchmesser dar. Dieser stört uns jedoch nicht, weil wir in der Regel mit zwei Augen sehen. 10

2.8 Sehnerv (Nervus opticus)

Der Sehnerv (Nervus opticus) bildet den ersten Teil der Sehbahn. Er ist im Schnitt 4,5 cm lang und verläuft von der Sklera bis zur Sehnervenkreuzung (Chiasma opticum). Er besteht aus fast 1 Million gebündelter Nervenfasern, Axone der Ganglienzellen der Retina. Die nasale Hälfte der Fasern kreuzt sich im Chiasma opticum so, dass die Informationen aus dem linken Gesichtsfeld zur rechten Gehirnhälfte gelangen und umgekehrt.

Bei Beschädigung regeneriert sich der Nerv nicht mehr, genauso wie die Retina, da sie beide Teile des Gehirns sind. 11

2.9 Lichtbrechende Medien

Nachdem die Iris die benötigte Lichtmenge ins Auge gelassen hat, müssen die Strahlen gebrochen werden, um auf der Netzhaut wieder zusammenzufinden. Dabei arbeiten im menschlichen Auge Hornhaut, Kammerwasser, Linse und Glaskörper zur Wiedergabe eines scharfen Bildes zusammen.

Die Brechungsverhältnisse dieses Systems hängen von der Lichtbrechung der Gewebe, der Krümmung der Flächen und vom Abstand der gekrümmten Flächen ab. All diese Teile des Systems müssen sich genau auf eine Achse beziehen.

Der Physiologe Selig Hecht hat dabei errechnet, dass das schwächste, wahrnehmbare Licht außerhalb des Auges etwa zehn- bis fünfundzwanzigmal so stark sein muss, denn von diesem gehen auf dem Weg durch die lichtbrechenden Medien durch Reflektion und Absorption etwa 90% verloren.12

HORNHAUT:

Sie besitzt einen Durchmesser von etwa 12 mm. Ihre Dicke nimmt von 0,5 mm im Zentrum bis auf 1mm in der Peripherie zu. Sie wird nicht von Blutgefäßen durchzogen, sondern nur von Nerven. 13 Im feuchten Zustand ist sie glasklar. Verdunstet die Flüssigkeit aber, so trübt sich die Hornhaut (brechendes Auge). Ihre starke Krümmung bedingt, dass die den Hauptanteil der Brechkraft bewirkt. Ist sie jedoch unregelmäßig gekrümmt, wird die Abbildung eines Punktes strichförmig verzerrt (Astigmatismus).14

Die Hornhaut vermindert die Lichtgeschwindigkeit um etwa 25% und bricht die Lichtstrahlen scharf zur Mitte hin.

KAMMERWASSER:

Beim Austreten der Lichtstrahlen aus der Hornhaut fallen sie scharf gegeneinander gebrochen und gebündelt in das Kammerwasser der vorderen Augenkammer zwischen Iris und Hornhaut ein. Diese Flüssigkeit ist farblos und der Hornhaut angepasst, d.h. beide brechen das Licht etwa gleich stark. Jedoch werden sie durch das Kammerwasser nicht stärker gebrochen, sodass die Feineinstellung an einem anderen Ort stattfinden muss, nämlich in der Linse.

LINSE:

Die Linse hat eine Dicke von 4-5 mm und einen Durchmesser von 9-10 mm. Sie ist beidseitig gewölbt (bikonvex) und besteht aus ungefähr 2200 feinen, durchsichtigen Schichten die im Laufe der Zeit ständig erneuert werden. Die Krümmung der Linse ändert sich mit der Kontraktion und Erschlaffung des Ziliarmuskels. Beim Durchqueren jeder einzelnen dieser Schichten wird das Licht nur minimal gebrochen, sodass die Veränderung des Lichtweges nur in kleinen Schritten vonstatten geht. Die Linse ermöglicht dem Menschen eine ausgezeichnete Flexibilität des Sehvermögens, sodass er von nahen Gegenständen sofort zu weiter entfernten wechseln kann. 15

GLASKÖRPER

Der Glaskörper (Corpus vitreum) ist eine durchsichtige, gallertartige Substanz, die den Raum hinter der Linse und der hinteren Augenkammer anfüllt und durch Fasern mit der Netzhaut verbunden ist.

Dieser nimmt zwei Drittel des gesamten Augenvolumens ein und ist dafür zuständig, die Form und die Spannung des Auges aufrechtzuerhalten.

2.10 Hilfsapparate des Auges

MUSKELN:

Jeder Augapfel wird von sechs verschiedenen Muskeln bewegt:

oberer gerader Augenmuskel (Musculus rectus superior)

unterer gerader Augenmuskel (M. rectus inferior)

innerer gerader Augenmuskel (M. rectus medialis)

äußerer gerader Augenmuskel (M. rectus lateralis)

oberer schräger Augenmuskel (M. obliquus superior)

unterer schräger Augenmuskel (M. obliquus inferior)


Abb. 6: Augenmuskeln

Die Muskeln eines Auges sind durch das Gehirn so mit den Muskeln des zweiten Auges gekoppelt, dass beide Augen nur gleichzeitig bewegt werden können.

Der Heber des Oberlides (Musculus levator palpebrae), der aus demselben Sehnenursprung wie der Musculus rectus superior entspringt, öffnet den Lidspalt. Seine Lähmung führt zum Heruntersinken (Ptose) des Oberlides.

HALTEAPPARAT:

Dieser wird gebildet aus einer bindegewebsartigen Gleithülle (Vagina bulbi) und dem Fettpolster der Augenhöhle und bewirkt, dass sich das Auge wie ein Kugelgelenk bewegen kann.

BERIESELUNGSAPPARAT:

Die Tränendrüse (Glandula lacrimalis) befindet sich außer- und oberhalb des Augapfels in der Augenhöhle. Der nervöse Reiz für die Tränensekretion erfolgt über den Einfluss des Parasypmathikus. Der Sympathikus hingegen hemmt sie wieder. Die Tränendrüse entlässt die Tränenflüssigkeit durch mehrere Ausführgänge in den Bindehautsack, der sie gleichmäßig über die Hornhaut verteilt. Der Abfluss beginnt am inneren Augenwinkel mit den Tränenpünktchen (Puncta lacrimalia). Über Tränenröhrchen (Ductuli lacrimales) mündet

Abb. 7: Berieselungsapparat

die Flüssigkeit in den Tränensack (Saccus lacrimalis) und durch den 15 mm langen Tränennasengang (Ductus lacrimonasalis) in den unteren Nasengang.

Unter psychischem Einfluß kann die Tränensekretion so stark werden, dass der normale Abflussweg nicht mehr genügt, und Tränen über den Lidrand herunterkullern.

SCHUTZAPPARAT:

Dazu werden die Augenlider und der Bindehautsack gezählt.

Die Augenlider (Palpebrae) sind bewegliche muskulomembranöse Gebilde mit der Aufgabe, sich schützend über Auge und Hornhaut zu schieben. Sie werden durch einen besonderen Bindegewebskörper (Tarsus) versteift. 16 Ihre Ränder begrenzen die etwa 30 mm lange und 5-15 mm breite Lidspalte. Die Lidspaltenbreite variiert mit der Hebung oder der Senkung des Blickes. Ist der Blick geradeaus gerichtet, bedeckt das Oberlid einen Teil der Hornhaut, während der Rand des Unterlides den Limbus, die Grenze zwischen Cornea und Sklera, berührt. Beide Lider vereinigen sich am medialen und lateralen Lidwinkel (Canthus). Außen sind ihre Ränder abgerundet, innen besitzen sie jedoch relativ scharfe Kanten. Sie enthalten 3 bis 4 Wimpernreihen und zahlreiche Drüsenöffnungen. In der Nähe des medialen Canthus bildet sich eine kleine Erhebung, die Papilla lacriamalis mit dem Punctum lacrimale im Zentrum. Seitlich vom medialen Canthus befindet sich die Karunkel, eine Erhebung. Zwischen dieser und dem Bulbus bildet die Bindehaut eine halbmondförmige Falte, die Plica semilunaris. 17


Abb. 8: Das Augenlid

Der Bindehautsack (Saccus conjunctivae) liegt zu einem Teil auf der Lederhaut, zum anderen auf den Augenlidern und öffnet sich nach vorne in der Lidspalte. Mit dem Lidschlag wird die Tränenflüssigkeit in diesem verteilt. 18

3. VOM LICHT ZUM SEHEN

Bereits seit einigen Jahrhunderten ist bekannt, dass sich beim Menschen die optische Wahrnehmung nicht im Auge selbst, sondern im Gehirn abspielt. Das beweist schon rein die Tatsache, dass man aufgrund einer Gehirnverletzung erblinden kann, auch wenn die Augen noch intakt sind. Das Auge fängt zwar Licht ein und stellt die Bildschärfe an der Retina ein, aber sobald das Bild dort auftrifft, beginnt ein neuer Abschnitt des Wahrnehmungsprozesses. Lichtempfindliche Stellen an der Netzhaut wandeln die Lichtwellen in Signale um, die zum Gehirn weitergeleitet und ausgewertet werden.

1877 entdeckte der deutsche Biologe Franz Boll den ersten wichtigen Hinweis auf die Signalübertragung zum Gehirn: Er betrachtete ein Froschauge, das zuvor in einer dunklen Ecke des Laboratoriums gelegen hatte, und bemerkte eine rötliche Substanz weit hinten im Auge, die allerdings verschwand, sobald sie belichtet wurde. So erkannte Boll, dass im Auge eine chemische Veränderung stattfindet, wenn Licht einfällt.

1959 führten David H. Hubel und Torsten N. Wiesel, zwei amerikanische Wissenschaftler, ein Experiment an einer Katze durch, der eine Elektrode ins Gehirn eingepflanzt worden war. Durch diese konnten alle Aktivitäten der Nervenzellen im optischen Zentrum des Gehirnes aufgezeichnet werden. Die Elektrode war an einen Verstärker, einen Lautsprecher und einen Oszillographen – ein Gerät zur Aufzeichnung von elektrischen Signalen- angeschlossen, sodass jeder Vorgang in den Zellen hörbar oder sichtbar wurde, sobald vor der Katze ein Licht aufleuchtete. Damit wurde die elektrische Reaktion des Gehirns auf das Licht bewiesen.

Diese beiden Experimente kennzeichnen den Anfang und das Ende der Vorgänge, die das Licht in Gesehenes verwandeln. Die Lichtreize werden an der Retina in Signale umgewandelt, die nicht mehr in Lichteinheiten beschreibbar sind. Das Licht ist verlöscht. Weil Licht Energie ist und somit fähig ist, Arbeit zu leisten, kann das Auge die Lichtenergie zu Wahrnehmungsprozessen benutzen. Sie muss dafür allerdings beim Sehvorgang in elektrochemische Reaktionen umgewandelt werden. Diese Transformation von Energie erfolgt über die Photorezeptoren, die Stäbchen und Zapfen. 19

3.1 SEHPROZESS

Fällt weißes, d.h alle Farben enthaltendes Licht auf einen Gegenstand, wird ein Teil davon “verschluckt” (absorbiert) und der andere zurückgeworfen (reflektiert). Die reflektierten Farbanteile bestimmen dabei die Farbe des Gegenstandes. Eben dieses Licht wird nun im Auge gespiegelt. Es durchläuft die Hornhaut, die vordere Augenkammer, Linse und Glaskörper. Die Hornhaut und die Linse übernehmen dabei die Aufgabe, das Licht vergleichbar mit einem Objektiv einer Fotokamera zu bündeln. Die Pupille agiert dabei als Blende, d.h. sie regelt mit ihrer Größe, die aufgrund des Ziliarmuskels stetig variiert, die Menge des einfallenden Lichtes. Das Bild wird schließlich auf der Netzhaut abgebildet. Kann das Auge es nicht von alleine scharf stellen, liegt ein Sehfehler vor, der z.B. durch eine Brille korrigiert werden kann.

In der Netzhaut wird das Bild über chemische Vorgänge wahrgenommen und in elektrische Impulse umgewandelt und ans Gehirn weitergeleitet. 20

Die Sehzellen übernehmen die Aufgabe, das Bild chemisch umzuwandeln. Ihre Erregung erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst werden unter der Einwirkung von Licht die Moleküle des Sehfarbstoffes gespalten. Bei den Stäbchen handelt es sich dabei um den Sehpurpur Rhodopsin, der aus Retinal, einem Adelhyd des Vitamins A, und dem Protein Opsin besteht. Das Rhodopsin kann sich nur in einer seiner zwei möglichen Strukturen mit dem Opsin binden, dem 11-cis-Retinal. Mit der Einwirkung von Licht wird es aber in ein All-trans-Retinal umgewandelt und somit vom Opsin abgespalten. Diese Spaltung läuft in ungefähr 200 fs (femto Sekunden = 10-15s) ab und ist somit eine der schnellsten fotochemischen Reaktionen. Durch diese Spaltung wird eine Signalkette ausgelöst, an deren Ende ein Enzym aktiviert wird, das die Natriumkanäle der Stäbchen schließt. Fällt also Licht ins Auge ein, schließt sich ein Teil der Natriumkanäle, wodurch weniger positiv geladene Natriumionen einfließen können. Dadurch wird das Membranpotential negativer und Nervenzellen werden in ihrer Aktivität gefördert. Ein ähnlicher Prozess findet auch bei den Zapfen statt. 21

Dieses elektrische Signal wird nun durch den Sehnerven, der mit einem Kabelbündel verglichen werden kann, zum Gehirn weitergeleitet. An der Sehnervenkreuzung, dem Chiasma opticum, kreuzen sich die Fasern der nasalen Netzhauthälften im Unterschied zu den Fasern der temporalen

Netzhauthälfte, die die Kreuzungsstelle ungekreuzt durchlaufen. Dadurch erhält die rechte Gehirnhälfte nur Seheindrücke der linken Gesichtsfeldhälften zur Verarbeitung und die linke Gehirnhälfte nur jene der rechten Gesichtsfeldhälften.

So gelangt die Information des Gesehenen in Sekundenbruchteilen zum Sehzentrum in der Gehirnrinde im Hinterhauptslappen. Weil die Netzhautbilder beider Augen etwas verschieden sind, ergibt erst ihre Verschmelzung (Fusion) in der “Sehrinde” ein räumliches Bild und erlaubt uns, Abstände und Tiefen einzuschätzen: das binokulare Tiefensehen (stereoskopisches Sehen). 22 Abb. 9: Die Sehbahn

Erst jetzt wird der Sinn des Bildes klar und man erkennt, was man eigentlich gesehen hat und wie man darauf reagieren soll. Dabei durchläuft das Bild verschiedene Stufen, in denen es jeweils nur auf bestimmte Aspekte hin analysiert wird. In einer Stufe wird z.B. nur auf die Trennung von Vorder- und Hintergrund geachtet. Wie wichtig die Analyse von optischen Eindrücken eigentlich ist, zeigt die Tatsache, dass rund ein Drittel der Großhirnrinde für die Bearbeitung von optischen Gehalten reserviert ist. Insofern ist Adolf Bleichert´s Annahme, der Mensch sei ein “Augentier”, geklärt. 23

Abb. 10: Die Sehbahn

4. FARBENSEHEN

4.1 SEHEN IN ZWEI WELTEN

Der Mensch besitzt zwei unterschiedliche Arten von Photorezeptoren: die geraden und dünnen Stäbchen und die keilförmigen und etwas rundlichen Zapfen. Diese liegen zu etwa 130 Millionen auf der Retina, zusammengedrängt auf einer Fläche von der Größe einer Briefmarke. Wie auch viele andere Lebewesen braucht der Mensch beide, weil er in zwei Welten lebt: der Tag- und der Nachtwelt. Die etwa 7 Millionen Zapfen dienen der Sicht bei Tage und der Erkennung von Farben, die Stäbchen hingegen, deren Anzahl achtzehnmal größer ist als jene der Zapfen, zur Wahrnehmung in der Dunkelheit.

Beide liegen vermischt auf der Netzhaut, sodass das Auge relativ leicht von einem zum anderen wechseln kann. Sie sind jedoch nicht gleichmäßig verteilt, was einige interessante Erscheinungen beim Sehvorgang bewirkt. Im Mittelpunkt der Retina befindet sich beispielsweise eine kleine Stelle, gelber Fleck oder Macula lutea genannt, in dessen Zentrum, der Fovea centralis, lediglich Zapfen liegen, die die stärkste Sehschärfe bei Tag garantieren. Diese Stelle benutzt der Mensch zur Fixierung all dessen, was in besonders interessiert. Sie ist jedoch äußerst klein, weshalb ihr Blickfeld sehr begrenzt ist – ungefähr 25 cm² bei einer Entfernung von 2,5 m. Zapfen befinden sich zwar auch in der Peripherie der Netzhaut, jedoch nicht in ausreichender Zahl für ein scharfes Bild. Weil das Auge darauf bestrebt ist, ein möglichst scharfes Abbild zu gewährleisten, bewegt sich der Augapfel unentwegt. Erscheint nun etwas in der Peripherie, was die Aufmerksamkeit erweckt, dreht der Mensch den Augapfel solange, bis das Abbild auf die Fovea fällt. Die Fovea ist allerdings in der Dämmerung völlig nutzlos, weil sie keine Stäbchen enthält. Will man daher im Halbdunkel ein Objekt erkennen, fixiert man es nicht direkt, sondern blickt seitlich darauf, sodass das Licht auf die Peripherie fällt, wo sich Stäbchen in stärkerer Konzentration befinden. 24

4.2 DIE ERFORSCHUNG DES SPEKTRUMS

Farben bestimmen die Natur und unser Leben wesentlich. Sie wirken auf uns und beeinflussen unsere Gefühle. In der Tier- und Pflanzenwelt finden sie Verwendung als Tarnfarbe, Lock- und Schreckfarbe und zur Erkennung. Vom Menschen werden sie auch therapeutisch eingesetzt. Die Farbe Rot wirkt beispielsweise anregend oder abschreckend, während Grün eine eher beruhigende Wirkung auf uns hat.

In der deutschen Sprache ist der Begriff Farbe nicht eindeutig definiert wie in anderen Sprachen, denn es ist zwischen der Farbe, die man sieht, und der Farbe, mit welcher man malen und anstreichen kann, zu unterscheiden. 25

deutsch

englisch

französisch

Farbe

colo(u)r

couleur

(Mal-)farbe

paint

peinture

Abb. 11: Bedeutung des Farbbegriffes

Fragt man einen Künstler nach den Grundfarben, jene Farbstoffe, die in verschiedenen Mischungsverhältnissen alle anderen Farben ergeben, antwortet er mit Blau, Gelb und Rot. Stellt man hingegen einem Wissenschaftler dieselbe Frage nennt er Rot, Grün und Blau, aber kein Gelb. Im Farbkasten würde man Gelb mit keiner Kombination von roter, grüner und blauer Malfarbe erhalten. Beim Licht, das der Ursprung aller Farben ist, ergibt sich aber seltsamerweise diese Farbe bei Überlagerung eines roten und grünen Lichtstrahles, weshalb Gelb keine Grundfarbe ist.

Das Prinzip der Mischung von Malfarben lässt sich also nicht auf das von Lichtfarben übertragen. Als Isaac Newton diese Entdeckung machte, wurde die Menschheit einem heftigen Umlernungsprozess ausgesetzt. Er beobachtete nämlich Lichtstrahlen, die durch ein Prisma fielen und bunte Farbtupfer auf einer Wand bewirkten. Dieses Phänomen wurde zwar schon von vielen vor ihm beobachtet, jedoch wurde angenommen, dass dieser Effekt durch irgendeinen Bestandteil des Glases hervorgerufen werde. Newton hingegen vermutete, dass das Prisma das Licht lediglich in seine Einzelbestandteile, die Spektralfarben, zerlegt und bewies seine Hypothese, indem er die Strahlen durch ein zweites Prisma schickte und sie wieder zu weißem Licht vereinigte. 26

4.3 FARBWAHRNEHMUNG

Eigentlich existiert Farbe in der Natur nicht, denn sie wird erst durch unsere Sinnesorgane und das Gehirn als Farbeindruck erzeugt. Das Licht, das alle Farben enthält, d.h. Licht unterschiedlicher Wellenlängen im Bereich 380-780 nm, sog. weißes Licht, wird auf der Netzhaut als Farbreiz wahrgenommen und im Gehirn zu einem Farbeindruck verarbeitet. Jeder Wellenlänge wird also eine Spektralfarbe zugeordnet.

Fällt ein solches weißes Licht von einer Lichtquelle auf ein Objekt, das das Licht nicht streut (ablenkt), sondern nur zurückwirft (reflektiert), absorbiert es einen Teil des Lichtes und spiegelt den anderen. Der dabei reflektierte Teil ist die Farbe, in der uns der Gegenstand erscheint. Absorbiert es beispielsweise alle Farben außer Grün, erscheint uns der Körper grün, ist aber nicht wirklich grün. Dieses reflektierte Licht fällt in das Auge ein und gelangt auf die Schicht von Sinneszellen. Die für das Farben-Sehen zuständigen Zapfen werden dabei in drei Typen unterteilt, die auf unterschiedliche Wellenlängen reagieren:

1. rotempfindliche, langwellig empfindliche (L-Zapfen)

2. grünempfindliche, mittelwellig empfindliche (M-Zapfen)

Abb. 12: Stäbchen und Zapfen

3. blauempfindliche, kurzwellig empfindliche (K-Zapfen)

Fällt eine Zapfensorte aus, führt dies zu Farbfehlsichtigkeit z.B. Rot-Grün-Blindheit (Daltonismus) bei Ausfall von L-Zapfen.



Abb. 13: Farbwahrnehmung eines Normalsichtigen (links) und eines Farbenblinden (rechts)

4.4 FARBMISCHUNG

4.4.1 ADDITIVE FARBMISCHUNG:

Licht besteht aus den drei Grundfarben Rot, Blau und Grün. Durch die additive Mischung lassen sich alle anderen Farbtöne und –intensitäten darstellen. Diese Form der Mischung liegt in drei Fällen vor:

1. durch Mischung verschiedenfarbiger Lichter:

Drei Scheinwerfer beleuchten mit Lichtfarben in den Grundfarben Rot, Grün und Blau eine weiße Fläche. Die Farbkegel überschneiden sich dabei teilweise. Solange das Projektionslicht alleine auf die Projektionsfläche trifft, erscheint es in seiner reinen Farbe. Überschneiden sich aber die Lichtkegel, entstehen die Sekundärfarben Gelb, Magentarot und Cyanblau. In der Mitte allerdings, im Treffpunkt aller drei Grundfarben, entsteht die Tertiärfarbe Weiß. Durch Intensitätsregelung der Lichtstrahler lassen sich alle Farbnuancen im Überschneidungsbereich mischen. Addiert man hingegen zwei komplementäre Farben z.B. Cyanblau und Orangerot entsteht daraus bei genügender Intensität der Farbton Weiß.


Abb. 14: Additive Farbmischung von bunten Lichtkegeln

2. durch einen Farbkreisel:

Dabei werden bunte Flächen so schnell gedreht, dass das Auge die einzelnen Farben nicht mehr wahrnehmen kann und die Farben zum Farbeindruck Weiß addiert.

3. durch dicht zusammenliegende Farbpunkte:

Dieses Prinzip wird bei Fernseher und Computer angewandt und kann selbst leicht nachgewiesen werden: Betrachten Sie einfach mit einer starken Lupe eine weiße Fläche und Sie werden erkennen, dass das Weiß durch drei dicht nebeneinanderliegenden Farbpunkten erzeugt wird. 27

4.4.2 SUBTRAKTIVE FARBMISCHUNG:

Im Unterschied zum additiven Mischverfahren werden hierbei keine Lichtfarben hinzugemischt. Es handelt sich dabei um einen physikalisch-optischen Vorgang, der die Farbe von Körperfarben durch Absorption – oder Subtraktion- bestimmter Anteile des Spektrums und durch Reflexion der anderen Bereiche bestimmt. Dieser Vorgang wird bei Farbstoffen von ihren Pigmentmolekülen ausgeführt, die in fast jedem Gegenstand, der von der Natur oder vom Menschen erschaffen wurde, vorhanden sind, beispielsweise in Blumen, Tieren und Malfarben. Diese Pigmentmoleküle enthalten 40 bis 50 Atome, die eine Vielzahl von Strukturformen annehmen können. Jede besitzt eine eigene Art der Subtraktion von bestimmten Wellenlängen und der Reflexion der anderen. Das Pigmentmolekül des Chlorophylls z.B., das das grüne Aussehen von Pflanzen bewirkt, reflektiert so grüne Wellenlängen und absorbiert alle anderen. Diese Art der Farbmischung kann anhand von drei farbigen und durchscheinenden Glasplatten gezeigt werden (hier Gelb, Cyan und Magenta), welche teilweise aufeinanderliegen. Bei Beleuchtung mit einem neutralen, weißen Licht, werden die komplementärfarbigen Spektralbereiche herausgefiltert, indem jede Platte durch Absorption einen Wellenanteil des weißen Lichtes verschluckt, wodurch die Sekundärfarben Rot, Grün und Blau entstehen. Die Schnittmenge liefert die Farbe Schwarz als Ergebnis, weil kein Licht mehr die drei Filter passieren kann.

Abb. 15: Subtraktive Farbmischung
Abb. 16: Der Farbkreis nach Goethe

Ergibt ein farbiges Licht zusammen mit einem anderen farbigen Licht (oder eine Farbe zusammen mit einer anderen Farbe) den Farbeindruck Weiß (oder Grau) spricht man von Farbe und Komplementärfarbe. Im Farbkreis stehen sich diese nach Goethe gegenüber.

4.5 DIE MODERNE FARBENTHEORIE

Im Laufe der Zeit wurden viele unterschiedliche Farbenlehren entwickelt. Unsere heutige Farbtheorie beruht auf einem Farbdreieck, das bereits im Jahre 1931 von einer internationalen Kommission (Commision International de l’Eclairage) festgelegt wurde und daher den Namen CIE-Normfarbtafel erhielt. Aufgrund ihrer Form wird sie aber auch oft Schuhsohle genannt. Dieses Farbsystem beruht nicht auf irgendeinem technischen Gerät, sondern auf der Farbwahrnehmung des menschlichen Auges. Ein normalsichtiger Mensch kann über 5000 verschiedene Farbarten unterscheiden. Eine Farbart wird von ihrem Farbton und ihrem Sättigungsgrad bestimmt. Der Sättigungsgrad gibt die Buntheit eines Farbtones an. Die zweidimensionale Fläche des Farbdreiecks umfasst alle wahrnehmbaren Farben, wobei die Gesättigten entlang der äußeren Linie liegen. Die unterschiedlichen Helligkeiten sind dabei allerdings nur in einer dreidimensionalen Ansicht anhand einer z- Achse darstellbar. Alle Farben sind hufeisenförmig um den absoluten Weißpunkt herum angeordnet, dem sog. Unbuntpunkt. Nach außen hin nimmt der Sättigungsgrad der Farbe zu. Abb. 17: Internationale Normfarbtafel

Die x-Achse gibt den Rotgehalt, die y-Achse den Grüngehalt und die z-Achse den Blaugehalt an. 28

Jeder Punkt des Farbdreiecks stellt eine Farbart dar. Zieht man eine Gerade vom Punkt A zum Punkt B lassen sich nur jene Farbarten durch additive Farbmischung erzeugen, die auf dieser Geraden liegen. So lässt sich z.B. aus einem blaugrünen und einem roten Licht kein gelbes Licht mischen.29

4.6 FARBERSCHEINUNGEN

Erhöht man Staub- und Feuchtigkeitsgehalt, treten außergewöhnliche Farbvariationen auf. Ein gutes Beispiel dafür, wie solche Veränderungen hervorgerufen werden, ist die Sonne. Hat sie einen hohen Stand erreicht und ist sie von einer relativ sauberen und trockenen Atmosphäre umgeben, erscheint sie weiß und der Himmel tiefblau. Senkt sie sich und fällt in einem immer spitzeren Winkel auf die Erde, muss sie längere Strecken staubiger und teils feuchter Luft durchqueren, wodurch mehr und mehr blaues Licht durch Streuung verloren geht und andere Farben erscheinen. Je tiefer die Sonne steht umso größer ist die Farbveränderung. Sie erscheint von Gelb bis Dunkelrot.

Seltsame Farbtönungen können aber auch aufgrund spezifischer Erscheinungen, die die Atmosphäre verändern, auftreten. So leuchtete im September 1950 die Sonne bei ihrem Untergehen an vielen europäischen Orten in einem Indigoblau. Dieses Phänomen ist auf Waldbrände in Kanada einige Tage zuvor zurückzuführen, bei denen sich Ölpartikel aus dem Holz lösten, welche die außergewöhnliche Streuung des Lichtes bewirkten.

Einige seltene Farberscheinungen in der Natur werden weder durch Addition noch durch Subtraktion von Wellenlängen oder durch selektive Streuung hervorgerufen. Dazu gehören u.a. die Mondhöfe, die vielfarbigen Regentropfen, die Eiskristalle und der Regenbogen, die als Beispiele für die Lichtzerlegung (Dispersion) anzusehen sind, bei der das Licht ähnlich wie beim Newtonschen Prisma in seine Spektralfarben zerlegt wird. Der Regenbogen entsteht so durch die Regentropfen, die durch ihre gekrümmte Oberfläche die verschiedenen Wellenlängen unterschiedlich bricht und zu einem Spektrum ausfächert.

4.7 PSYCHOLOGISCHE GEHEIMNISSE DES SEHVORGANGES

Die psychologischen Aspekte der Farbwahrnehmung stellen Wissenschaftler vor große Schwierigkeiten. Wird z.B. ein Farbdiapositiv eines Mädchens in blauem Kleid auf eine gelbe Leinwand geworfen, erscheint dem Betrachter gemäß den Gesetzen von Lichtmischung und Komplementärfarben das Kleid in blauer Farbe. Zeigt man aber das Bild zuerst auf einer weißen Leinwand, sodass der Betrachter die wahre Farbe des Kleides wahrnehmen kann, so wird er das Kleid auch vor einem gelben Hintergrund als blau sehen. Dieses Experiment zeigt das Phänomen des Konstanzprinzips: Der Mensch neigt dazu, die ihm vertrauten Gegenstände immer in gleicher Farbgebung wahrzunehmen- auch unter anderen Lichtverhältnissen. Man kann insofern von Gedächtnisfarbe sprechen. Die Funktionsfähigkeit des Konstanzprinzips benötigt allerdings einige Anhaltspunkte, die entweder aus dem Gedächtnis stammen oder sich aus der Art der Beleuchtung und der Umgebung des Objektes ergeben. Werden solche Anhaltspunkte beseitigt, verringert sich die Konstanz der Wahrnehmung oder verschwindet ganz. Dies wurde durch Experimente bewiesen, bei denen Versuchspersonen durch eine enge Röhre auf Gegenstände blicken. Dabei wissen sie weder um welches Objekt es sich handelt, noch kennen sie die Lichtfarbe oder die Richtung, aus der sie kommt. Einer reifen Tomate wurden so Farben wie Braun oder sogar Grün zugeschrieben.

Gegenstände “richtig” wahrzunehmen ist also nicht immer ein Kinderspiel.

5. SEHEN MIT DEM GEHIRN

Im 19 Jahrhundert glaubten Wahrnehmungsexperten, dass die Netzhautabbildung eine gute Kopie der Beobachtungsszenerie darstelle und dass das, was vom Beobachter wahrgenommen wird, eine getreue Nachbildung des Retinabildes sei. Durch wissenschaftliche Untersuchungen kam man jedoch im 20. Jahrhundert zu der Feststellung, dass die optische Wahrnehmung kein so direkter Prozess ist, wie man früher glaubte. Die drei Aspekte der optischen Wahrnehmung – die reale Szene, die Netzhautabbildung und der optische Eindruck – sind oft genug nicht eins zu eins übertragbar.

Dabei handelt es sich aber keineswegs um das Problem der optischen Täuschung. Beispiele für diesen Mangel an korrekter Zuordnung des Gehirnes lassen sich im alltäglichen Wahrnehmungsprozess finden. So erscheint beispielsweise ein Licht mit einer bestimmten Intensität in einem dunklen Raum eindeutig heller als bei Tageslicht. Aus diesem Grund ist es auch nicht möglich, Sterne bei Tag zu sehen, denn der Unterschied zwischen ihrer Helligkeit und dem sonnenerhellten Himmel ist so gering, dass man ihn nicht wahrnehmen kann. Das eindruckvollste Beispiel für den Mangel an direkter Übereinstimmung allerdings ist das dreidimensionale Sehen: Die reale Szene ist dreidimensional, das Netzhautabbild flach und die Sehempfindung wiederum dreidimensional.

Aber ein solcher Mangel an Übereinstimmung bedeutet noch lange nicht Chaos. Die Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen dem Beobachteten und dem, was man tatsächlich sieht, sind Teile des optischen Wahrnehmungsprozesses. Jeder ist ihnen mehr oder weniger in gleicher Weise unterworfen und allgemein laufen diese Prozesse einem Gesetz entsprechend ab. Diese Gesetze beziehen sich auf alle Gebiete der optischen Wahrnehmung, von den Lichtwellen über die Anatomie bis hin zur Photochemie der Retina. Der Wissenschaftszweig, der sich damit beschäftigt und versucht, die dem Sehvorgang zugrunde liegenden Gesetze zu erfassen und eine mathematische Verbindung zwischen physikalischen Gesetzen und dem Verhalten der Organismen zu ziehen, ist die Psychophysik. Diese hat ihre Wurzeln im 19. Jahrhundert und bemüht sich, die der Wahrnehmung zugrunde liegenden Faktoren einzuordnen, angefangen von der Zahl der Photonen, die das Auge benötigt, um das Licht wahrzunehmen, bis zur Erklärung dafür, warum Kinder aus ärmlichen Verhältnissen Münzen für größer halten als Kinder aus begüterten Familien. Sie erkannte auch die Voraussetzungen für den optischen Sehvorgang: Ein Gegenstand muss erstens groß genug sein, damit er wahrgenommen werden kann. Zweitens muss die Lichtquelle intensiv genug sein, um eine Reaktion hervorzurufen. Drittens muss der Reiz lange genug andauern, damit eine Reaktion stattfinden kann. Und schließlich muss der Gegenstand sich von seiner Umgebung genügend klar abheben, damit er als solcher wahrnehmbar ist. 30

Dabei spielt aber nicht nur das Auge selbst eine große Rolle, sondern es ist auch auf eine gute Zusammenarbeit mit dem Gehirn angewiesen.

5.1 AUSWERTUNG DER INFORMATIONEN IM GEHIRN

Was geschieht eigentlich beim Sehen im Gehirn? Für die meisten Menschen ist die Tatsache, sehen zu können, so verständlich, dass sie sich darüber keinerlei Gedanken machen. Von der Technik beeinflusst gehen sie häufig davon aus, dass sich eine Art Fotoapparat oder Filmkamera in ihrem Kopf befindet. Das Auge stellen sie sich dabei als Linse vor, von der das Bild statt auf eine Leinwand ins Bewusstsein projiziert wird.

In Wirklichkeit aber existiert das Beobachtete so, wie es auf einem Foto zu sehen ist, nur bis zur Netzhaut. Danach wird es in ein Feuerwerk von elektrischen Impulsen umgewandelt, die vom Gehirn verarbeitet werden. 31

Die ins Auge eingegangenen Informationen müssen zunächst analysiert werden, bevor sie von Nutzen sein können. Über den Sehnerven werden sie zum Gehirn geleitet. Sobald sich nach dem Chiasma opticum die beiden Sehnerven wieder trennen, treten sie im Bereich des Zwischenhirns ins Gehirn ein. Von dort führen Nervenfasern zur primären Sehrinde im Hinterhauptslappen des Großhirns, wobei die Lagebeziehungen beibehalten werden, sodass Informationen benachbarter Sehzellen auch in benachbarte Regionen des Gehirns gelangen. Die Projektion der Netzhautperipherie nimmt hier allerdings nur einen kleinen Teil ein im Unterschied zu der des gelben Fleckes und dessen Umgebung. Der größte Teil des Gehirns ist also für jenen Beobachtungsbereich reserviert, auf den man sich gerade konzentriert. Dabei wird eine Fläche auf der Netzhaut von 5 μm Durchmesser auf eine Sehrindenfläche von 500 μm Durchmesser abgebildet. 32

Je nachdem welches Bild auf der Netzhaut abgebildet wird, ist das Gehirn mehr oder weniger aktiv, denn es reagiert bevorzugt auf ganz bestimmte Reize. Strahlt man z.B. mit einer Lampe ins Auge, ist das Sehzentrum nicht sonderlich aktiv. Beim Erblicken von Kontrasten hingegen z.B. in einem schwarz-weißen Karomuster reagieren äußerst viele Neuronen mit einem elektrischen Impuls.

Die drei verschiedenen Kategorien des Bildes, nämlich Form, Farbe und Bewegung, gelangen auf getrenntem Wege von der Netzhaut zum Gehirn. Diese werden gemäß des Prinzips der parallelen Informationsverarbeitung in beiden Gehirnteilen getrennt verarbeitet. Für unterschiedliche Aspekte des Bildes gibt es Bereiche im Gehirn, die teilweise spezialisiert sind z.B. jene, die sich mit der Frage beschäftigen, welche Objekte gesehen werden und wo sie sich befinden. Diese Bereiche sind jedoch nicht strikt voneinander abgegrenzt, sondern die eingegangenen Informationen werden pausenlos untereinander ausgetauscht. Das Gehirn ist also ein kompliziertes Netzwerk, in dem unzählige Schritte gleichzeitig ablaufen und in Kontakt zueinander stehen. Zunächst werden aber nur Farben, Intensität, Kontraste und Konturen berücksichtigt. Diese Signale werden auf zwei unterschiedlichen Verarbeitungswegen, die zu verschiedenen Bereichen des Gehirns führen, geschickt:

Der Was-Pfad führt zum Schläfenlappen, in dem geklärt wird, was für Gegenstände, Personen oder Landschaften wahrgenommen werden. Hier werden die Konturen der Objekte erfasst und ihnen eine Bedeutung zugeschrieben z.B. wird ein Ball als rund angesehen. Diese Wahrnehmung funktioniert sogar so gut, dass das Gehirn oft über das Ziel hinausschießt und Formen sieht, die es eigentlich gar nicht gibt.

Im Wo-Pfad hingegen, der zum Scheitellappen führt, wird analysiert, wo genau sich die Objekte befinden, wie groß sie sind und in welchem Abstand sie sich zum Beobachter befinden. Um diese Aspekte zu erkennen, braucht es aber Dinge, mit denen die Objekte verglichen werden können, die die Umgebung bereitstellt.

In einem anderen Gehirnbereich wird das zweidimensionale Netzhautbild wieder zu einer dreidimensionalen Wahrnehmung umgeformt. Andere Nervenzellen sind hingegen auf Bewegungen spezialisiert. Im Frontallappen wird das Bild anhand der Wichtigkeit der einzelnen Objekte analysiert. So wird z.B. der Mann im Vordergrund verstärkt wahrgenommen, auf den man sich konzentriert, und nicht die Landschaft hinter ihm.

Tief im Gehirn, im sogenannten Hippocampus, wird darüber entschieden, ob das Gesehene es wert ist, gespeichert zu werden, um in einem anderen Moment wieder aus dem Langzeitgedächtnis abgerufen zu werden und somit den Erkennungsprozess zu beschleunigen, weil ein Gegenstand schon einmal gesehen wurde, und nun nicht mehr in allen Einzelheiten entschlüsselt werden muss.

Innerhalb einer Viertelsekunde hat das Bild all diese relevanten Informationen gewonnen. Bis heute weiß man jedoch nicht, wie diese Aspekte zu einem Gesamteindruck kombiniert werden. Bekannt ist nur, dass es im Gehirn kein hierarchisches System mit einer Art Meldezentrale gibt, sondern alle Regionen tauschen ständig untereinander die nötigen Informationen aus und schicken sogar wieder Impulse zur primären Sehrinde zurück, wodurch sie wie eine Verstärkung wirken, was die bewusste Wahrnehmung erst ermöglicht. 33

Das Gehirn kann bei diesen Vorgängen oftmals getäuscht werden. Es kann so z.B. unverständlicherweise vorkommen, dass die Nervenfasern im Auge ohne einen äußeren Reiz Informationen ans Gehirn senden. Solche Zufallsreaktionen werden mit einem Begriff aus der Informationstechnologie als Hintergrundsrauschen beschrieben, ähnlich wie Störgeräusche in einem Lautsprecher. Obwohl man meinen könnte, dass dies zu Verwirrung führt, ist das optische System offenbar sehr wohl in der Lage, sich nur auf jene Signale zu konzentrieren, die über dem “Rauschpegel” liegen, und dadurch zwischen Signalen, die durch das Licht entstehen, und Zufallsreaktionen zu unterscheiden. Das Gehirn lässt sich dabei nicht verwirren, sondern überprüft mehrere Signale von einzelnen Rezeptoren, die das optische System davon überzeugt, dass es einen echten Lichtreiz erhalten hat. Eine andere Methode, Zufallssignale unbeachtet zu lassen, besteht darin, dass alle Impulse, die nicht eine bestimmte Mindestdauer haben, ignoriert werden. Ein solches Zufallssignal ist nämlich nur von äußerst kurzer Dauer.

Das Gehirn spielt auch bei der alltäglichen unterbrochenen Reizung eine wichtige Rolle. Fluoreszierende Röhren z.B. sind keine stetig strahlenden Lichtquellen, wie man annehmen könnte. Sie flimmern. Dieses Flimmern läuft allerdings so schnell ab, dass die Beleuchtung konstant erscheint. Erst nach langem Gebrauch nimmt die Flimmerfrequenz ab, wodurch ein unangenehmes Flackern entsteht. Dasselbe Phänomen der optischen Verschmelzung ist auch bei einer Drehscheibe erkennbar, die zur Hälfte schwarz und zur Hälfte weiß bemalt ist. Setzt man diese immer schneller in Bewegung, so wird aus dem anfänglichen rhythmischen Wechsel von Weiß und Schwarz ein unangenehmes Flimmern, das bei noch größerer Geschwindigkeit einen gleichmäßigen Grauton einnimmt. Bei dieser Geschwindigkeit folgen die Lichtreize so rasch aufeinander, dass die optische Wirkung der weißen Hälfte noch etwas anhält und in die andere Hälfte überfließt und dadurch verschmilzt.

Wird dieses Flimmern richtig kontrolliert, kann es gute Dienste leisten. Im Kino z.B. wird der Bewegungseindruck dadurch hervorgerufen, dass starre Bilder schnell hintereinander aufgeblendet werden, die durch dunkle Zwischenräume voneinander getrennt sind. Die Kinoleinwand ist also fast die Hälfte der Zeit dunkel. Weil der Seheindruck allerdings anhält, sehen wir die Bilder ineinander überfließen. Der Kinosaal muss dabei verdunkelt sein, denn nur so wird die Reaktionsfähigkeit des Auges so weit herabgesetzt, dass die dunklen Intervalle zwischen den Bildern nicht wahrgenommen werden. In dieser Abnahme der Reaktionsfähigkeit liegt auch das Problem beim Autofahren auf schlecht beleuchteten Straßen.

Manchmal geschieht es auch, dass das Gehirn zwischen einer echten Bewegung und einer Scheinbewegung nicht unterscheiden kann, denn es gibt Momente, in denen man eine Bewegung sieht, obwohl keine stattfindet, und andere, in denen erkennt man keine, wo wirklich eine vorhanden ist, z.B. wenn man hoch in der Luft in einem Flugzeug sitzt und in einen klaren Himmel schaut. Ein weiteres Beispiel für eine Scheinbewegung ist der sogenannte autokinetische Effekt, der sich im optischen System selbst abspielt. Dieser kann anhand von Versuchspersonen gezeigt werden, die sich in einem dunklen Raum befinden und einen kleinen, festliegenden Lichtpunkt fixieren sollen. Nach kurzer Zeit scheint es ihnen, dass dieser weite Kreisbewegungen, Horizontal- und Vertikalbewegungen durchführt und sich oft sogar pfeilartig bewegt. Dieser Eindruck entsteht dadurch, dass es keine Anhaltspunkte im Raum gibt, an denen sich Auge und Gehirn orientieren können. Darauf reagiert das Auge mit großer motorischer Unruhe.

Anhand all dieser Beispiele kann man also erkennen, dass unser Gehirn für den Beobachtungsprozess viel wichtiger ist, als es auf den ersten Blick scheint.

6. OPTISCHE TÄUSCHUNGEN

6.1 ALLGEMEIN

Das tägliche Leben könnte den Eindruck erwecken, es gäbe eine direkte Beziehung zwischen der detaillierten Information der Umwelt und der Sehempfindung des Menschen. Dies stimmt allerdings nur bis zu einem bestimmten Grad. Letzen Endes besitzt das Gehirn einen eigenen Funktionsmechanismus, der eine Umwandlung des vom Auge aufgenommenen Datenmaterials ermöglicht. Allerdings sind die vom Auge aufgenommenen Informationen nicht immer korrekt und klar: Jeder Hinweis für das Tiefensehen und die Entfernung enthält die Möglichkeit der Doppeldeutigkeit, auch optische Täuschung genannt. 34 Nahezu alle Aspekte des Lebens können davon betroffen sein. Es gibt Täuschungen bei der Tiefenwahrnehmung, Farb- und Bewegungswahrnehmung, beim Sehen von geometrischen Figuren und bei vielem mehr.35

Diese sind sehr verwirrend und kompliziert, können aber beschrieben, klassifiziert und teilweise sogar erklärt werden. Meistens unterschätzt man die Größe des Umfangs von Kreisen, überschätzt die Länge gerader Linien, hält spitze Winkel für größer und stumpfe für kleiner, als sie in Wirklichkeit sind, schätzt ein Quadrat eher höher als breit ein usw.. Ein auf der Ecke stehendes Quadrat halten wir sogar für einen Rhombus.

Solche Doppeldeutigkeiten werden in der Wahrnehmungspsychologie untersucht. Früher bezeichnete man sie als “fehlerhafte Urteile” oder “falsche Interpretationen”. Heute sehen die Wahrnehmungswissenschaftler diese Bezeichnungen als unglücklich gewählt, weil sie dazu führen, die Probleme der optischen Illusionen vom übrigen Bereich der Psychophysik zu trennen. Diese ungeeignete Annahme von optischen Täuschungen führt zur Meinung, dass alle anderen Formen der Wahrnehmung richtig seien. Diese Unterscheidung wäre aber nur dann möglich, wenn der Sehvorgang ein bloßer Kopierprozess wäre, bei dem man sich nur fragen müsse, ob die Kopie richtig oder falsch sei. Dies ist aber nicht der Fall, weil das Sehen subjektiv ist und vom Gehirn beeinflusst wird. Bemerkt das Auge das Flimmern auf dem Fernsehgerät oder im Kino nicht, gibt es die physikalischen Ereignisse ungenau wieder. Wenn man lange in einem schwach erleuchteten Zimmer sitzt, erscheint das Licht tatsächlich dunkel, weil sich das Auge an die Situation angepasst hat. Nach einem längeren Aufenthalt im Dunkeln allerdings erscheint die Lichtquelle hell. Wird eine Mischung aus blauem und gelbem Licht als grau oder weiß wahrgenommen, weil sich diese als Komplementärfarben gegenseitig aufheben, ist dieser wiederum nicht korrekt.

Dies zeigt, dass das, was man sieht, nicht eins zu eins auf das reale Geschehen übertragbar ist und dass die Annahme, dass das Gesehene objektiv korrekt ist, im Grunde genommen falsch ist. 36

6.2 BEISPIELE FÜR OPTISCHE TÄUSCHUNGEN

6.2.1 RELATIVITÄT VON GERADE UND PARALLEL


Dieses Quadrat besteht aus schachbrettartig angeordneten weißen und schwarzen Quadraten, in deren Ecken sich häufig kleinere, helle Quadrate befinden. Durch das Spiel aus Helligkeit und Dunkelheit entsteht der Eindruck, als seien die Trennlinien zwischen den Quadraten gekrümmt.

Abb. 18: Gekrümmte Geraden


Aus demselben Grund scheinen auch hier die gestreiften Querbalken keilförmig verschoben zu sein.

Abb. 19: Parallele Linien


Obwohl die diagonalen Linien exakt parallel verlaufen, scheinen sie gekrümmt zu sein.

Abb. 20: Die Linien verlaufen parallel

6.2.2 RELATIVITÄT VON HELLIGKEIT

Das Erkennen von Helligkeitsunterschieden ist sehr subjektiv. So erscheint uns beispielsweise ein Farbton, den wir in der Dämmerung heller wahrnehmen, bei Sonnenlicht dunkler und umgekehrt. Dieses Phänomen wird im linken Bild veranschaulicht: Auf der linken Seite wirkt das Grau in der dunkleren Umgebung heller als rechts, obwohl der Grauton überall denselben Wert besitzt. Außerdem scheint der Balken nie in den Hintergrund überzulaufen, obwohl er einen Bereich hat, dessen Farbe der des Hintergrundes identisch ist. 37

Abb. 21: Der Balken besitzt überall dieselbe Farbgebung

6.2.3 ÜBERBETONUNG VON KONTRASTEN


Abb. 22 und 23: Weiße und schwarze Punkte

Dieser Effekt wurde 1869 vom Physiker Hermann Ludimar entdeckt und erhielt deshalb auch den Namen Hermann´sches Gitter. Die Schnittpunkte der weißen Linien erscheinen dunkler, weil sie die schwarzen Flächen nicht direkt berühren. Hier kann eine Randkontrastverstärkung, wie das Hirn sie anstrebt, nicht gleich stark stattfinden, wie in den anderen Bereichen. Das Flimmern lässt sich dadurch erklären, dass das Auge durch seine ständige Eigenbewegung nie sehr lange denselben Punkt fixieren kann. Diese Tatsache gilt als Schutz gegen eine Übersättigung der Sehzellen
aufgrund des immer gleichen Lichtes, das ins Auge eindringt. Sobald man versucht einen “Flimmerpunkt” zu fixieren, verschwindet er.

Interessanterweise geschieht dies auch bei umgekehrter Farbgebung. 38

6.2.4 NICHT VORHANDENE OBJEKTE

Oftmals kann es vorkommen, dass der Betrachter glaubt, Objekte wahrzunehmen, die in Wirklichkeit überhaupt nicht existieren. Bei diesem Beispiel sieht er in diesem Sinne auf dem Bild einen Würfel, obwohl nur Kreissegmente gezeigt werden. Die vom Betrachter hinzugedachten Linien sind in der Literatur allgemein auch als “kognitive Konturen” bekannt. Diese Tatsache lässt sich dadurch erklären, dass das Gehirn darauf bestrebt ist, bei der Wahrnehmung Bekanntes wieder zu entdecken.

Abb. 24: Das Auge erkennt einen nicht existierenden Würfel


6.2.5 KIPPFIGUREN

Einige Bilder erscheinen auf den ersten Blick eindeutig, wobei beim Erkennen die Erfahrung eine wichtige Rolle spielt. Bei genauerem Hinsehen jedoch erkennt man, dass sie Unterschiedliches darstellen und somit doppeldeutig sind. In diesem Bild, ein Beispiel für die sogenannte multistabile Wahrnehmung, werden Kinder eher 8 Delfine wahrnehmen als ein sich umarmendes Paar.

Abb. 25: Liebespaar oder Delfine?

6.2.6 RELATIVITÄT VON GRÖßE

Im Bild sind drei Schwesternpaare zu erkennen, wobei das vordere Paar kleiner als das mittlere wirkt und das hintere am größten. Alle drei Paare sind jedoch gleich groß, nur erkennt das Gehirn, obwohl das Bild eigentlich zweidimensional ist, einen Weg, der den Eindruck von räumlicher Tiefe erweckt. Daraus folgert es, dass sich das vordere Paar in unserer Nähe befindet, während das hintere weiter entfernt ist. Es geht davon aus, dass Gegendstände kleiner werden je weiter sie entfernt sind.

Dies erklärt auch, warum uns die Dame hinten im roten Mantel kleiner erscheint. Das Paar im

Abb. 26: Nonnenpaare

Vordergrund jedoch wirkt am kleinsten, weil wir dessen Entfernung zu uns als gering interpretieren. Wenn es in Wirklichkeit genauso groß wäre wie das mittlere Paar, müsste es im Bild größer erscheinen. Weil es aber im Bildgenauso groß ist wie die beiden anderen Paare folgert das Gehirn, dass die Nonnen im Vordergrund in Wirklichkeit kleiner sein müssen.

Dieses Prinzip wird unter dem Begriff der erzwungenen Perspektive auch in Bereichen der Architektur, der Fotographie und des Films verwendet, um Gegenstände auf den Betrachter größer oder entfernter erscheinen zu lassen.


Abb. 27: Handstand auf einer Flasche

6.2.7 RELATIVITÄT DES BLICKWINKELS

Zu den optischen Täuschungen zählen auch Konstruktionen, die vom Betrachter aus verschiedenen Blickwinkeln völlig unterschiedlich wahrgenommen werden z.B. ein wirr zusammengebautes Klavier, welches allerdings in einem Spiegel betrachtet (linke Bildseite) vollständig intakt erscheint.


Abb. 28: Ein Klavier und sein Spiegelbild

6.2.8 BEWEGUNGSILLUSIONEN

Bei vielen optischen Täuschungen meint der Betrachter, Teile des Bildes würden sich bewegen. Dies funktioniert aber fast ausschließlich beim peripheren Sehen. Es bewegen sich also nur jene Bereiche, die gerade nicht fokussiert werden. Bei statischen Bildern, wird dieser Effekt dadurch hervorgerufen, dass sich in wiederholten Mustern unterschiedlich starke Kontraste befinden. Weil helle Objekte vom optischen System schneller erfasst werden als dunkle (man vergleiche die verlangsamte Reaktion beim nächtlichem Autofahren, Anm. des Verf.), kommt es zu einer unterschiedlich schnellen Weiterleitung von verschiedenen Kontrasten und Helligkeiten.

Diese Art der Illusion tritt auch dann auf, wenn ein kleines Objekt in einer Umgebung betrachtet wird, die keine Anhaltspunkte gibt, z.B. ein einzelner Stern im nächtlichen Himmel. 39

Die folgenden Abbildungen stammen vom japanischen Psychologen Akiyoshi Kitaoka und gelten als Meisterstücke in diesem Bereich. 40



Abb. 29 und 30: Bewegliche Bilder des Künstlers Akiyoshi Kitaoka

6.2.9 UNMÖGLICHE FIGUREN

Dieser Bereich der optischen Täuschungen betrifft die Kunst. Führender Künstler in dieser Hinsicht ist der Niederländer Maurits Cornelis Escher (1898 – 1972). Er kreierte Werke perspektivischer Unmöglichkeiten und optischer Täuschungen. Er zeichnete Objekte und Gebäude, die auf den ersten Blick natürlich wirken, bei genauerem Hinsehen aber vollkommen widersprüchlich sind. 1953 malte er das Bild “Relativität”. 43 Dieses scheint zunächst nur ein simples Bild zu sein, das lediglich Treppen und Treppensteiger zeigt. Betrachtet man es jedoch genauer, treibt es den Betrachter an den Rand seiner Vorstellungskraft, weil die Treppen und Männlein räumlich kaum einzuordnen sind. (Anm. des Verf.) 41

 

Abb. 31 “Relativität” von M. C. Escher

6.3 SCHLUSSBEMERKUNG:

Viele Erscheinungen sind bis heute nicht vollständig erklärbar. Aber bei Überprüfung der neuesten Ergebnisse von Wahrnehmungspsychologen würde man einsehen, dass sich kein einziges Beispiel für eine korrekte Wahrnehmung finden lässt. Insofern ist es sinnlos, die Probleme der optischen Wahrnehmung in Illusionen und richtiges Sehen einzuteilen, denn jeder sieht, was er sehen will. 42 Der große Philosoph Immanuel Kant behauptete einmal in diesem Sinne:

Aus der Sinnlichkeit, an und für sich selbst betrachtet, kann (…) der Irrtum (…) nicht entspringen, weil die Sinne gar nicht urteilen.”
43

QUELLENVERZEICHNIS

  1. MUELLER, Conrad G.; RUDOLPH, MAE: Licht und Sehen. 3. Auflage, New York: Time-Life Books, 1969; S. 8-22, 48-50
  2. BREDEMEYER, Hans; BULLOCK, Kathleen: Orthoptik. New York: de Gruyter, 1978; S.1
  3. FALLER, Adolf: Der Körper des Menschen- Einführung in Bau und Funktion. 6.Auflage, Stuttgart: Georg Thieme Verlag, 1966; S.335-336
  4. Orthoptik S.15
  5. Licht und Sehen S.50-51, 54
  6. Orthoptik S.15
  7. Licht und Sehen S.58
  8. Der Körper des Menschen S.336-337
  9. WIKIPEDIA: Rhodospin. http://de.wikipedia.org/wiki/Rhodopsin -Aktualisierungsdatum: 1.01.2010
  10. Der Körper des Menschen S.337-338
  11. WIKIPEDIA: Sehnerv. http://de.wikipedia.org/wiki/Sehnerv- Aktualisierungsdatum: 13.02.2010
  12. Licht und Sehen S.54
  13. Orthoptik S.13
  14. Der Körper des Menschen S.335
  15. Licht und Sehen S.56
  16. Der Körper des Menschen S.346-347
  17. Orthoptik S.17
  18. Der Körper des Menschen S.348
  19. Licht und Sehen S.74, 76
  20. WERDERMANN, Ochsenfurt.


http://www.auge-online.de/Wissenswertes/Sehvorgang/sehvorgang.html

  1. BAYRHUBER, Horst; KULL, Ulrich: Linder Biologie- Gesamtband. 22. Auflage, Braunschweig: Schroedel,1948; S.218-219
  2. Der Körper des Menschen S.343
  3. Auge-online
  4. Licht und Sehen S.76-79
  5. Seilnachts Didaktik der Naturwissenschaften. http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Lexikon/Farbe.htm- Aktualisierungsdatum: 04.01.2010
  6. Licht und Sehen S.92, 94
  7. Seilnachts Didaktik der Naturwissenschaften.
  8. WOLTER, Wadim. Projekt zu Computer-Grafik und – Animation http://www.gm.fh-koeln.de/~hstl/Dokumente/Projekt-Wolter-2003/CIELab/Theorie/CIELab.html
  9. Seilnachts Didaktik der Naturwissenschaften.
  10. Licht und Sehen S.100-102; S. 114-115, 156, 158
  11. GRÜNEWALD, Ulrich. WDR-Fernsehen: Quarks & Co.


http://www.wdr.de/tv/quarks/sendungsbeitraege/2005/0612/04_gehirn.jsp -

Aktualisierungsdatum 20.10.2006

  1. Linder Biologie S.225
  2. WDR-Fernsehen: Quarks & Co
  3. Licht und Sehen S. 165-170
  4. WIKIPEDIA: Optische Täuschung http://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Täuschung – Aktualisierungsdatum: 10.02.2010
  5. Licht und Sehen S.154
  6. WIKIPEDIA: Optische Täuschung
  7. LENZEN, Markus: Zaubermuseum http://www.zaubermuseum.de/taeuschung8.htm
  8. WIKIPEDIA: Optische Täuschung
  9. LENZEN, Markus: Zaubermuseum
  10. WIKIPEDIA: M. C. Escher http://de.wikipedia.org/wiki/M._C._Escher – Aktualisierungsdatum: 28.03.2010
  11. Licht und Sehen S. 154
  12. EISLER, Rudolf: Kant-Lexikon http://www.textlog.de/32429.html – Aktualisierungsdatum: 13.10.2006

 

BILDVERZEICHNIS

Titelbild: http://www.mathematik.uni-bielefeld.de/~ringel/lectures/lenzing/escher2.htm

 

 

Abb. 1: http://eo.wikipedia.org/wiki/Zigomo

Abb. 2: http://www.bsvw.de/auge_quer_g.html

Abb. 3: http://www.malzbie.com/augetut/augentutorial.htm

Abb. 4: http://www.augenaerztin-winnenden.de/vorsorge/netzhaut.html

Abb. 5: http://www.studentenlabor.de/ws04_05b/SinneSeminar/Sinnesphys/SEHEN11.HTM

Abb. 6 : http://www.multiplesklerosechat.de/Auge/Augenmuskeln.html

Abb. 7: http://www.professor-gubisch.de/Leistungen/Augenlider/Techniken/

Abb. 8: http://meduniver.com/Medical/Anatom/545.html

Abb. 9: http://www.psychologie.uni-heidelberg.de/ae/allg/lehre/wct/w/w3_visuelles_system/w340_weiterleitung.htm

Abb. 11: http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Lexikon/Farbe.htm

Abb. 12: http://www.filmscanner.info/Farbwahrnehmung.html

Abb. 13: http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Lexikon/Farbe.htm

Abb. 14: http://lehrerfortbildung-bw.de/kompetenzen/gestaltung/farbe/physik/mischung/additiv/index.html

Abb.15: http://www.friseur-fragen.de/wissen/wp-content/uploads/2009/03/subtraktive-farbmischung.png

Abb. 16: http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Lexikon/Farbe.htm

Abb. 17: http://www.farbtipps.de/farbsysteme/cielab/

Abb. 18: http://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Täuschung

Abb. 19: http://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Täuschung

Abb. 20: http://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Täuschung

Abb. 21: http://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Täuschung

Abb. 22: http://www.zaubermuseum.de/taeuschung8.htm

Abb. 23: http://www.zaubermuseum.de/taeuschung8.htm

Abb. 24: http://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Täuschung

Abb. 25: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d4/Kippfigur_Delfine_2.svg/180px-Kippfigur_Delfine_2.svg.png

Abb. 26: http://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Täuschung

Abb. 27: http://www.foundshit.com/tag/illusion/

Abb. 28: http://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Täuschung

Abb. 29: http://www.zaubermuseum.de/taeuschung4.htm

Abb. 30: http://www.zaubermuseum.de/taeuschung4.htm

Abb. 31: http://www.mathematik.uni-bielefeld.de/~ringel/lectures/lenzing/escher2.htm

Vielen Dank fürs Weiterempfehlen!

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