Wie die Farbwahrnehmung funktioniert

Farbsehen ist für die allermeisten etwas ganz Alltägliches. Macht man sich aber erst einmal bewusst, dass viele Tierarten gar keine Farben sehen können, stellt man sich schnell die Frage, weshalb wir Menschen die Welt eigentlich bunt sehen. Was bestimmt die Farbwahrnehmung und welchen Zweck erfüllt sie eigentlich? Dieser Artikel gibt Antworten.

farbwahrnehmung

Was ist Farbe?

Ohne Licht keine Farbe. Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen und hat an sich keine Qualität wie beispielsweise farbig zu sein. Die Wellen des Lichts verfügen jeweils über einen bestimmten Wellenlängenbereich. Durch die unterschiedlichen Wellenlängen und die Lichtrezeptoren im menschlichen Auge kommt es schließlich in unserem Gehirn zur Empfindung einer Qualität, die wir Farbe nennen. In seiner Gesamtheit an Wellen erscheint uns normales Sonnenlicht weiß. Trifft das Licht aber auf Objekte, wird ein Teil der Lichtwellen absorbiert, der andere reflektiert. Je nachdem, welcher Teil des Wellenspektrums dies ist, erscheint uns der betreffende Gegenstand in einer bestimmten Farbe. Somit kann man vereinfacht sagen, dass weißes Licht jede Farbe des Farbspektrums „enthält“ oder in sich birgt. Welche Farben wir sehen, hängt erst von der Brechung des Lichts an einem Gegenstand ab. Ein gutes Beispiel dafür ist ein Prisma: Lässt man Licht durch ein Glasprisma fallen, bricht dieses das Licht und „spaltet“ es in die unterschiedlichen Farben auf. Es werden dann alle Farben des Farbspektrums nebeneinander aufgereiht. Ein Regenbogen funktioniert übrigens nach demselben Prinzip.

Wie funktioniert die Farbwahrnehmung in unserem Auge?

Das Farbsehen im Auge ist ein physiologischer und ein psychologischer Prozess. Der physiologische oder auch biochemische Prozess beginnt direkt im Auge. Das Sehen ist nur mit Licht möglich – treffen Lichtstrahlen auf ein Objekt, werden sie von diesem reflektiert und erreichen schließlich unser Auge. Im Auge durchdringen die Lichtstrahlen mehrere Schichten. Das Licht trifft zuerst auf die Hornhaut (Cornea), wo es gebündelt und weiter zur Iris durchgelassen wird. Die Iris stellt den farbigen Teil unseres Auges dar und wird auch als Regenbogenhaut bezeichnet. Zur Iris gehört auch die Pupille, der schwarze Teil unseres Auges. Die Pupille dient als eine Art Blende und reguliert den Lichteinfall ins Auge. Hinter der Pupille liegt die Augenlinse, die für die Scharfstellung (Akkommodation) für Weites und Fernes verantwortlich ist. Sie bündelt das Licht erneut und lässt es schließlich zur Netzhaut (Retina) durch. Die Netzhaut spielt eine maßgebliche Rolle für das Farbsehen. Sie setzt sich aus über 100 Millionen Sehzellen zusammen, die sich in zwei unterschiedliche Arten unterteilen lassen:

  • Die Stäbchen in der Netzhaut ermöglichen das Hell- und Dunkelsehen. Sie werden insbesondere bei Dämmerung oder wenig Licht aktiviert, denn sie gelten auch als Schwachlichtrezeptoren im Auge. Die Stäbchen ermöglichen es außerdem, räumliche Tiefe zu erkennen und Kontraste wahrzunehmen.
  • Für das Farbsehen werden die Zapfen benötigt. Das menschliche Auge weist drei unterschiedliche Zapfentypen auf. Diese Zapfentypen enthalten Iodopsin, das bei unterschiedlichen Wellenlängen Licht absorbiert. Der L-Zapfen absorbiert lange Wellenlängen, die im Farbspektrum der Farbe Rot entsprechen. Der M-Typ reagiert auf mittlere Wellenlängen, was der Farbe Grün entspricht. Schließlich absorbiert der S-Typ die kurzen Wellenlängen, die die Farbe Blau ausmachen. In der Farblehre werden diese drei Farben als Grundfarben bezeichnet. Aus der Kombination dieser drei Farben ergeben sich alle anderen Farben, die der Mensch sehen und benennen kann.

Bei hellem Tageslicht (oder hellem künstlichen Licht) arbeiten Zapfen und Stäbchen zusammen. Je dunkler es wird, desto aktiver werden die Stäbchen – wir sehen in der Nacht keine (oder kaum) noch Farben.

Die Farbwahrnehmung im Gehirn

Unsere Wahrnehmung von Farbe und Objekt ist das Ergebnis eines Zusammenspiels von Auge und Gehirn. Im menschlichen Gehirn entsteht kein direktes Abbild unserer Umgebung, stattdessen interpretiert das Gehirn die visuellen Reize. Daher können visuelle Eindrücke verschieden sein. Trifft von einem Objekt reflektiertes Licht nun ins Auge und damit auf die Stäbchen und Zapfen, absorbieren diese die für sie passenden Wellenlängen. Sie reagieren darauf mit einem elektrischen Impuls. Dieser wird über den Sehnerv an das Gehirn weitergeleitet – das Gehirn verarbeitet die Impulse der Rezeptoren zu einer Farbe und/oder zu Hell-und Dunkelsehen. Die Informationen der Rezeptoren werden miteinander vermischt und ergeben im Gehirn schließlich eine uns bekannte Farbe.

Weshalb sehen wir Farben?

Wie der Prozess funktioniert, ist nun geklärt, aber wieso läuft er überhaupt ab? Das Farbsehen hat einen evolutionären Vorteil: Wir können so Früchte, Beeren, Nüsse und andere Nahrung besser voneinander unterscheiden. Unseren Vorfahren fiel damit die Nahrungssuche und somit das Überleben leichter. Tiere, die sich bei der Nahrungssuche auf andere Sinne verlassen, haben weniger gut ausgeprägte Augen. So besitzen beispielsweise Hunde nur 20 Prozent unserer farbwahrnehmenden Rezeptoren und verlassen sich mehr auf Nase und Gehör. Vögel hingegen sehen auch in dieser Hinsicht besser als wir, erkennen sogar ultraviolettes Licht und verlassen sich bei der Nahrungssuche komplett auf ihre Augen. Erstaunlicherweise sind die besten Farbseher die Fangschreckenkrebse. Mit 15 verschiedenen Arten von Farbrezeptoren erkennen sie selbst bei schlechten Wetterverhältnissen viele Farbnuancen, die wir Menschen uns nicht einmal vorstellen können.

Störungen in der Farbwahrnehmung

Es gibt unterschiedliche Krankheiten, die die gewöhnliche Farbwahrnehmung beeinträchtigen können. So kommt das Licht bei einem Grauen Star (Glaukom) bereits auf falsche Weise gebrochen ins Auge – ein vom Standard abweichendes Farbsehen ist die Folge. Die häufigste Störung beim Farbensehen ist die angeborene Farbenblindheit. Dabei sind eine oder mehrere Arten von Farbrezeptoren nicht funktionsfähig (Farbenblindheit) oder weniger empfindlich (Farbschwäche). Diese Beeinträchtigung wird rezessiv über das X-Chromosom vererbt und tritt damit häufiger bei Männern auf, da diese nur ein X-Chromosom haben. Am weitesten verbreitet ist eine Grünschwäche, aufgrund derer Farben mit Grünanteil anders wahrgenommen werden. Mit speziellen Tests lassen sich Farbschwächen leicht ermitteln. In der Regel stellen sie keine grundlegenden Beeinträchtigungen im Alltag dar, in manchen Jobs lässt sich jedoch mit einer Rot-Grün-Schwäche nicht arbeiten.

Quellen

Andreas Berke: Biologie des Auges. Mainz: WVAO, 1999 (2. Auflage).

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