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24.06.2009

Farberkennung funktioniert besser, wenn sich ein Objekt bewegt

Forscher entdecken Mechanismen der Wahrnehmung, die wohl auf die Ursprünge der Evolutionsgeschichte des Menschen zurückgehen

Auf der Suche nach Nahrung streifen Vormenschen durch Wälder und Savannen: Ihr prüfender Blick gilt Blättern und Früchten, die sich im Wind bewegen. Giftig oder ungiftig? Reif oder unreif? Allein an der Farbe können die Jäger und Sammler erkennen, ob eine Frucht oder ein Blatt genießbar ist. Diese hoch entwickelte Fähigkeit zur genauen Beurteilung von Farbe haben die Menschen noch heute – Hunderttausende von Jahren später. Und noch heute ist die menschliche Wahrnehmung darauf ausgelegt, die Farbe bei Objekten in Bewegung – wie bei den Blättern im Wind – besonders exakt wahrzunehmen.

Die menschliche Wahrnehmung ist darauf ausgelegt, die Farbe von Blättern und Blumen, die sich im Wind bewegen, besonders gut beurteilen zu können. Foto: jlokij, Photocase.com
Foto: jlokij, Photocase.com

Bei der Beurteilung und dem Wiedererkennen von Dingen setzt das Gehirn darauf, dass die Farbe auch unter wechselnder Beleuchtung als konstant wahrgenommen wird. Rein physikalisch gesehen verändert sich jedoch die Qualität einer Farbe, wenn das einfallende Licht wechselt. Solche Schwankungen könnten in der Objekterkennung eine große Hürde bedeuten, da ein Gegenstand unter verhangenem Himmel farblich ganz anders aussähe als in der prallen Sonne. Doch hat das Farbsehsystem des Menschen – und der meisten farbsehenden Tiere – hier vorgesorgt, indem es Beleuchtungsunterschiede aus der gesehenen Farbe herausrechnet und die Farbe eines Gegenstands so trotz wechselnder Beleuchtung unverändert wirkt. Dieses Phänomen der Farbkonstanz beruht auf Vorgängen im Gehirn und auf der Netzhaut.

Seit mehr als 100 Jahren forschen Wissenschaftler bereits am System der Farbkonstanz, doch bis vor zwei Jahren hatte nie jemand untersucht, wie seine Funktion mit Bewegung zusammenhängen könnte. Diese Unterlassung überraschte Annette Werner, die an der Universität Tübingen die Forschungsgruppe für "Farbe und visuelle Psychophysik" leitet. "Schließlich sieht man in der freien Natur eigentlich nie etwas ganz statisch", erklärt die Forscherin.

Um herauszufinden, ob und wie sich Bewegung auf die Farbkonstanz auswirkt, unternahm Werner folgenden Versuch: Sie wählte fünf Versuchspersonen aus und setzte diese jeweils vor einen Computerbildschirm mit abgedunkelter Umgebung. Auf dem Bildschirm erschien ein Schachbrettmuster von farbigen kleinen Vierecken in Rot, Grün, Gelb und Blau. Zusammengenommen ergaben alle diese Farben Grau; sie waren also im Mittel unbunt. Vor diesem Hintergrund erschien ein Testfeld, ein kleines Viereck von eben dem Grau, das sich aus dem Mittel der bunten Vierecke ergab. Die Reize, die in einer solchen Anordnung vom Bildschirm ausgehen, versetzen das Auge in einen neutralen Ausgangszustand.

Der Versuch beginnt, indem sich der Betrachter fünfzehn Sekunden lang diesen "neutralen" Bildschirm anschaut. Anschließend werden die Farben so moduliert, dass es scheint, als werde das gesamte Bild grün oder rot beleuchtet. Nur fünf Sekunden lang sieht die Versuchsperson den so "beleuchteten" Bildschirm; während dieser Zeit gewöhnt sich das Auge an die Farbverschiebung. Dies hat zur Folge, dass das Bild nach und nach weniger grün oder rot erscheint. Nach fünf Sekunden der Anpassung muss der Beobachter angeben, ob das graue Testfeld nun tatsächlich wieder neutral grau erscheint, oder ob es noch einen rötlichen oder grünlichen Farbstich hat. Ist dies der Fall, so manipuliert die Testperson per Tastendruck die Farben auf dem Bildschirm so, dass das Feld wieder komplett grau erscheint. Auf diese Weise lässt sich der Farbanteil messen, der nicht kompensiert wurde. Je weniger Korrektur nötig ist, desto höher die Farbkonstanz.

Diese Testsequenz durchläuft jede Versuchsperson viele Male, mit unterschiedlichen Variationen. Beispielsweise wandert das graue Testfeld über den Bildschirm, und zwar in verschiedenen Geschwindigkeiten. In einem anderen Versuch bewegt sich nur der Hintergrund, oder Testfeld und Hintergrund bewegen sich gemeinsam.

In all diesen Experimenten fand Annette Werner heraus, dass sich die Farbkonstanz nur genau dann verbessert, wenn sich das Testfeld langsam und relativ zu dem Hintergrund bewegt: die optimale Geschwindigkeit entspricht in etwa einem langsam gehenden Menschen.
Dies bedeutet, dass nur eine ganz bestimmte Form von Bewegung – nämlich die des Objekts, auf das die Aufmerksamkeit gerichtet ist – einen positiven Einfluss auf das System der Farbkonstanz ausübt. Die Bewegung des Beobachters, die ja dazu führt, dass der Hintergrund an ihm "vorbeizieht", wirkt sich hingegen nicht auf die Farbwahrnehmung aus.

Eine solche selektive Verstärkung der Farbkonstanz könnte auf die begrenzte Bearbeitungskapazität des Gehirns zurückzuführen sein, meint Werner. Die Berechnung der Farbkonstanz für den gesamten Hintergrund wäre nicht nur aufwendig, sondern auch unnötig, da die Kulisse für die Objekterkennung kaum von Bedeutung ist.

Darüber hinaus belegen die Versuchsergebnisse eindeutig, dass die Bearbeitung von Bewegung und Farbwahrnehmung im Gehirn vernetzt ist. Bisher hatte man angenommen, die zwei würden getrennt verarbeitet und die Farbwahrnehmung sei bewegungsblind. Doch die neuen Erkenntnisse zeigen deutlich, dass dem nicht so ist.

Aus praktischer Sicht scheint solch eine Verknüpfung durchaus sinnvoll, vor allem, wenn man annimmt, dass sich das Farbensehen beim Menschen auch deshalb entwickelt hat, um das Finden von nahrhaften Früchten und Blättern zu erleichtern. Dabei spielen oft Farbnuancen eine Rolle, erklärt die Forscherin. Sie können den Unterschied zwischen einer reifen, gesunden Frucht und einer unreifen, womöglich giftigen Ernte ausmachen. Blätter und Früchte wiegen sich in der freien Natur oft im Wind und sind damit unterschiedlicher Beleuchtung ausgesetzt. In solch einem Szenario ist es ein klarer Vorteil, wenn sich die Farbkonstanz mit der Bewegung des Objekts verbessert. (cs)