HueSense

Wie unterscheidet der Mensch Farben? — Zapfen und Gegenfarbentheorie

Licht reizt die drei Zapfentypen der Netzhaut, und das Gehirn zerlegt diese Signale neu in Rot-Grün-, Blau-Gelb- und Helligkeitskanäle. Schritt für Schritt erklärt, wie Farbunterscheidung funktioniert.

Farbe ist keine Eigenschaft, die an einem Gegenstand haftet, sondern eine Wahrnehmung, die Licht, Auge und Gehirn gemeinsam erzeugen. Wie gut wir Farben unterscheiden, hängt von den Eigenheiten jeder dieser drei Stufen ab.

Stufe 1: drei Zapfentypen

In der Netzhaut gibt es drei Arten von Zapfen, die bei Tageslicht für das Farbsehen zuständig sind. Nach der Wellenlänge, auf die sie am stärksten ansprechen, nennt man sie meist L-Zapfen (langwellig, um etwa 560 nm), M-Zapfen (mittelwellig, um etwa 530 nm) und S-Zapfen (kurzwellig, um etwa 420 nm).

Ein einzelner Zapfen kann die Wellenlänge nicht mitteilen – er sendet bei jeder absorbierten Wellenlänge dasselbe Signal. Die Farbe ergibt sich erst aus dem Verhältnis der Antworten aller drei Zapfen. Deshalb erscheinen zwei Lichter mit völlig verschiedenem Spektrum gleichfarbig, wenn sie die drei Zapfen im selben Verhältnis reizen (bedingte Gleichheit, Metamerie). Aus demselben Grund kann ein Bildschirm mit nur drei Lichtfarben – Rot, Grün und Blau – unzählige Farben nachbilden.

Die Empfindlichkeitskurven von L- und M-Zapfen überlappen sich stark. Die Rot-Grün-Unterscheidung beruht auf dem kleinen Unterschied zwischen diesen beiden Kurven; fehlt erblich einer der beiden Zapfentypen oder ist seine Kurve verschoben, wird die Rot-Grün-Unterscheidung schwächer. Berichten zufolge haben etwa 8 % der Männer und etwa 0.5 % der Frauen nordeuropäischer Abstammung eine Rot-Grün-Sehschwäche (Birch, 2012).

Stufe 2: Gegenfarbkanäle

Die Signale der Zapfen gelangen nicht unverändert ins Gehirn. In Netzhaut und Thalamus werden sie als Differenzen neu verrechnet.

Dieses Prinzip heißt Gegenfarbentheorie. Ewald Hering schlug sie im 19. Jahrhundert vor, ausgehend von der Beobachtung, dass man sich kein „rötliches Grün“ und kein „gelbliches Blau“ vorstellen kann; Hurvich und Jameson (1957) untermauerten sie quantitativ. Auch die CIELAB-Achsen a* (Grün–Rot), b* (Blau–Gelb) und L* (Helligkeit) bilden diese Struktur nach.

Wo sind wir am empfindlichsten?

Verändert man eine Spektralfarbe schrittweise und misst die kleinste noch erkennbare Wellenlängendifferenz, zeigt sich die höchste Empfindlichkeit bei Blaugrün (etwa 490 nm) und Gelb-Orange (etwa 580–590 nm), die geringste an beiden Enden des Spektrums (Wright & Pitt, 1934). In diesen Bereichen ändern sich die Signale der beiden Gegenfarbkanäle mit der Wellenlänge am steilsten.

Die Sonderrolle der S-Zapfen

S-Zapfen machen nur etwa 5–10 % aller Zapfen aus und fehlen in der Mitte des Gesichtsfelds (im innersten Bereich der Sehgrube) fast völlig. Deshalb sind Unterschiede in Blau-Gelb-Richtung besonders auf kleinen Flächen schwer zu erkennen. Das ist ein Grund, warum Aufgaben in Blau und Gelb schwieriger wirken, wenn das Raster auf 8×8 wächst und die Felder kleiner werden.

Stufe 3: die Deutung im Gehirn

Das Gehirn interpretiert Farben anhand des Umfelds neu. Dasselbe Grau wirkt auf dunklem Hintergrund heller und auf hellem Hintergrund dunkler (Simultankontrast). Auch dass wir weißes Papier bei wechselnder Beleuchtung weiterhin als weiß sehen – die Farbkonstanz – ist eine Korrekturleistung des Gehirns. Dieser Test hält die Umgebung des Rasters deshalb fest neutralgrau, damit solche Kontexteffekte nicht von Aufgabe zu Aufgabe schwanken.

Alter und Farbunterscheidung

Mit zunehmendem Alter verfärbt sich die Augenlinse allmählich gelblich und lässt weniger kurzwelliges Licht durch. Dadurch lässt meist zuerst die Unterscheidung in Blau-Gelb-Richtung nach, besonders deutlich bei schwacher Beleuchtung (Knoblauch et al., 1987). Auch bei derselben Person können Müdigkeit, Beleuchtung und Tageszeit das Ergebnis schwanken lassen.

Was dieser Test misst

HueSense betrachtet das Ergebnis aller drei Stufen, also die Fähigkeit, den Unterschied zweier Farben auf dem Bildschirm zu bemerken. Es ist keine medizinische Untersuchung, die die Funktion einzelner Zapfentypen misst, und stellt keine Farbsehschwäche fest.

Quellen

Zum Test →