Das Sprichwort "Augen auf, Gehirn einschalten" betont die Notwendigkeit, nicht nur zu sehen, sondern das Gesehene auch bewusst wahrzunehmen und zu verarbeiten. Dieser Artikel beleuchtet die komplexen Prozesse, die hinter der visuellen Wahrnehmung stehen, von der Aufnahme von Lichtreizen durch das Auge bis zur Interpretation im Gehirn. Dabei werden sowohl die angeborenen Fähigkeiten des Gehirns als auch die Rolle von Erfahrung und Lernen berücksichtigt.
Die visuelle Wahrnehmung: Mehr als nur Sehen
Visuelle Wahrnehmung beschreibt, wie unser Gehirn die Umwelt mithilfe der Augen interpretiert. In unserer Umgebung nehmen wir zahlreiche optische Reize auf. Diese Informationen werden dann im Gehirn weiterverarbeitet. "Sehen" ist das Ergebnis der visuellen Wahrnehmung. Zuerst nehmen die Augen Informationen auf und im nächsten Schritt wandelt das Gehirn sie in Bilder um.
Der Mensch nimmt fast 80 Prozent seiner Umgebung allein über die Augen wahr (11 Prozent über die Ohren). Der Mensch denkt, träumt, spricht in Bildern. Das Bild ist zum Basismedium geworden. Seit dem 19. Jahrhundert ist “eine neue Welt des Visuellen” entstanden, bis hin zur Entgrenzung zwischen fiktiver und realer Wirklichkeit. Der Mensch ist ein “Augentier”.
Die Rolle des Gehirns bei der visuellen Wahrnehmung
Im Gehirn wandeln spezialisierte Zellnetzwerke von der Netzhaut kommende Reize in angepasste Verhaltensweisen um. 60 Prozent der Großhirnrinde, Sitz der höheren Hirnfunktionen, sind ständig mit der Analyse der sichtbaren Welt beschäftigt. Die Bilderkennung findet also nicht nur im Auge statt. Die Augen sind bloß Empfänger, sie nehmen Zeichen, Skulpturen, Lichteffekte besser und intensiver wahr, als geschriebener Text, der aus einzelnen Buchstaben zunächst erschlossen werden muss. Weil ein so großer Teil unseres Gehirns mit der Bilderkennung beschäftigt ist, spricht man auch vom “visuellen System” und meint damit die komplex miteinander verschalteten Teile des zentralen Nervensystem. Dort findet das eigentliche “Sehen” statt, die visuelle Wahrnehmung. Das Erkennen und Deuten von Gegenständen und Szenen funktioniert durch einen Abgleich mit bereits gespeicherten Erfahrungen, Szenen, die mit Emotionen, Gerüchen, Geräuschen verknüpft sind. Kurz: Bilder sprechen Gefühle und andere Sinne an.
Der Weg des Lichts: Vom Objekt zum Gehirn
Erst mal muss das Licht vom Objekt auf die Netzhaut des Auges gelangen. Diese Zeit hängt von der Entfernung des Objekts ab. Da die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist - 300.000 km pro Sekunde - kann man die Geschwindigkeit leicht ausrechnen. Wenn ich ein Buch lese, das 30 cm von meinem Auge weg ist, braucht das Licht den hundert millionsten Bruchteil einer Sekunde. Wenn ich einen Baum in 30 Metern Entfernung sehe, dann braucht es 100-mal länger. Das macht also einen Unterschied - aber dieser Unterschied ist eigentlich belanglos: Von besagtem Baum zu meinem Auge braucht das Licht immer noch nur eine Millionstel Sekunde und diese Zeit kann man vernachlässigen. Denn viel länger ist die Zeit, die das Signal auf dem weiteren Weg von der Netzhaut ins Gehirn braucht. Das sind nämlich 50 bis 80 Millisekunden, also nur noch etwa den zwanzigsten Teil einer Sekunde.
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Die Zeit, die das Signal vom Objekt zum Auge braucht, fällt erst bei astronomischen Größenordnungen ins Gewicht. Ein guter Anhaltspunkt wäre ein Asteroid, der in knapp 30.000 km Entfernung an der Erde vorbei saust; das ist knapp ein Zehntel der Strecke Erde/Mond. Es fehlt aber noch etwas. Denn was im Gehirn ankommt, sind unzählige elektrochemische Nervensignalen - die muss das Gehirn noch verarbeiten, um aus den vielen Signalen ein Gesamtbild zu konstruieren. Das ist also "Rechenzeit", und die dauert ungefähr nochmal so lange. Bis wir also ein Objekt wirklich erkennen, brauchen wir ungefähr 150 Millisekunden - also etwa eine Siebtel Sekunde. Und die allermeiste Zeit davon verbringt das Signal sozusagen "in unserem Kopf".
Angeborene Fähigkeiten vs. Erfahrung: Die Entwicklung des visuellen Systems
Bei der Gehirnentwicklung unterscheiden wir zwischen angeborenen und erfahrungsabhängigen Prozessen. Der Aufbau neuronaler Schaltkreise, zum Beispiel im visuellen Zentrum des Gehirns, gilt als erfahrungsabhängiger Prozess. Die zellulären Netzwerke werden dabei nach bisherigem Wissen durch visuelle Reize und neuronale Aktivität geformt. Aber was passiert, wenn solche visuellen Informationen nicht vorhanden sind?
Das Zebrafisch-Experiment: Einblicke in die angeborenen Pfade der Gehirnentwicklung
Um wirklich zu verstehen, wie sehr die Gehirnentwicklung von der Stimulation durch die Augen abhängig ist, müssen wir die retinalen Ganglienzellen aus der Gleichung herausnehmen. Die lakritz-Mutante trägt einen Gendefekt, der sich ausschließlich auf die Augen beschränkt und die Entwicklung aller retinalen Ganglienzellen verhindert. Die lakritz-Mutante ist tiefblind, da das Gehirn vollständig von der visuellen Außenwelt und sämtlichen Signalen der Netzhaut abgeschnitten ist. Diese Besonderheit ermöglicht es uns, systematisch zu untersuchen, wie sich Gehirn und Verhalten entwickeln, wenn retinale Ganglienzellen ganz fehlen.
Das Team um Shachar Sherman zog daher junge lakritz-Zebrafische auf und verglich ihre Gehirnentwicklung mit der von Zebrafischen ohne Gendefekt. Ein in der Abteilung erstellter, virtueller Zellatlas des Zebrafischgehirns half ihnen dabei, einzelne Zellen zu identifizieren und ihre Entwicklung zu verfolgen. Zu ihrer Überraschung konnten sie keinen großen Unterschied feststellen. Alle Nervenzelltypen bildeten sich auch bei lakritz an der richtigen Stelle und in der richtigen Anzahl, nur die Geschwindigkeit ihrer Entwicklung wich leicht ab.
Da sich die Gehirne der lakritz-Zebrafische insgesamt relativ normal entwickelten, drängte sich den Wissenschaftlern eine Folgefrage auf: Können diese Fische Verhaltensweisen ausführen, die normalerweise durch optische Reize ausgelöst werden? Da lakritz-Fische nichts sehen, würden sie diese Verhaltensweisen normalerweise nie zeigen. Aber die Schaltkreise im Gehirn könnten trotzdem funktionieren und sozusagen darauf warten, aktiviert zu werden. Um dies zu testen, nutzte das Team die Optogenetik: Mit Hilfe von Licht können jene Neurone direkt aktiviert werden, die normalerweise nur bei einem entsprechenden Reiz aktiv wären. Und tatsächlich reagierten die lakritz-Zebrafisch auf diese künstlichen Reize genau so, als ob sie wirklich ein Beutetier gesehen hätten. Das zeigt uns, dass sich die dafür erforderlichen Gehirnschaltkreise auch dann entwickeln und ordnungsgemäß funktionieren, wenn es überhaupt keinen Input von den Augen gibt.
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Zusammengefasst zeigen die Forschungsergebnisse, dass sich das Gehirn stärker als bislang angenommen entlang angeborener Pfade entwickelt. Dank Shachars Forschung wissen wir nun, dass sich ein hochkomplexer Bereich des Wirbeltiergehirns mit mehreren Dutzend Zelltypen auch ganz ohne Sinneseindrücke normal entwickeln kann. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung genetisch vorgegebener Programme für die Gehirnentwicklung. Was bei Zebrafischen funktioniert, könnte vielleicht auch für größere Tiere funktionieren.
Die Macht der Erwartung: Wie das Gehirn die Realität ergänzt
Das Gehirn ergänzt dann fehlende Informationen, um ein möglichst schlüssiges Bild der Realtität zu zeichnen: Eine Person von der Seite wird so zur geliebten Partnerin, die man auch aus der Ferne noch klar zu erkennen scheint. So können unsere Sinne aber auch getäuscht werden oder wir beginnen zu halluzinieren. Nicht immer ist das, was wir sehen, auch Realität.
Das Bananen-Experiment: Ein Beispiel für die trügerische Erinnerung
Bei einem Experiment an der Universität Gießen sollten Testpersonen nichts weiter tun, als die Farbe einer Banane zu beschreiben. Dazu zeigte man ihnen die Frucht - auf einem Schwarz-Weiß-Bild am Computer. Die richtige Antwort wäre folglich "grau" gewesen. Dennoch waren sich alle Betrachter sicher, zumindest einen Schimmer von Gelb erspäht zu haben. Schuld daran ist nicht das Auge, sondern das Gehirn!
Mit den Augen sahen die Testpersonen das schwarz-weiße Bild. Über die Sehnerven gelangte es weiter bis in die Sehrinde - und dort geschah der Fehler! Denn dieser Gehirnteil verlässt sich allzu gern auf das, was die "Erinnerung" meldet. Und die weiß, dass Bananen gelb sind. Diese gespeicherte Information war für die Sehrinde schlicht überzeugender als das farblose Bild auf dem Computermonitor.
Der blinde Fleck: Ein weiteres Beispiel für die Ergänzung der Realität durch das Gehirn
Dass wir häufig Bilder sehen, die das Auge gar nicht geliefert hat, haben Forscher übrigens zu erst am sogenannten blinden Fleck bemerkt. Das ist die 1,7 Millimeter große Stelle auf der Netzhaut, an der unser Sehnerv aus dem Augapfel hinaustritt. An diesem Punkt fehlen Stäbchen und Zapfen. Die Folge: Die Lichtstrahlen, die die Hornhaut und die Linse auf diese Stelle leiten, sind für uns unsichtbar. Also fehlt auch von jeder Banane, die wir betrachten, immer ein winzig kleines Stück. Aber unser Gehirn füllt diese Leerstelle sofort aus. Sie wird aus der Erinnerung mit gelber Bananenschale "zugestopft".
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Visuelle Wahrnehmungsstörungen: Wenn die Interpretation fehlerhaft ist
Die Gründe für eine visuelle Wahrnehmungsstörung können vielfältig sein. Am häufigsten ist ein schlechtes Sehvermögen Schuld an der Störung. Das Gleiche gilt auch für die Motorik. Allerdings kann jede Fehlfunktion im Wahrnehmungsprozess zu einer Störung führen. Eine Verletzung der Sehnerven oder Schäden durch Schlaganfälle im Gehirn sind übliche Ursachen einer visuellen Wahrnehmungsstörung. Auch ein schlechtes Sehvermögen kann Schuld sein.
Oft fällt eine solche Störung erst nach der Einschulung auf. Die Kinder finden sich dann nämlich plötzlich in einer Umgebung mit viel mehr Eindrücken wieder. Sie lesen, schreiben, rechnen und müssen Bewegungen im Sportunterricht koordinieren. Für manche Kinder sind es zu viele visuelle Signale auf einmal. Die Auswirkungen einer solchen Störung sind individuell. Diese Folgen beeinträchtigen die schulische und persönliche Entwicklung eines Menschen nachhaltig.
Visuelle Wahrnehmungsstörungen solltet du nicht unterschätzen. Umso wichtiger ist es, die Anzeichen frühzeitig zu erkennen. Bei Verdacht solltest du sofort zum Arzt gehen, bzw. auffälligen Personen einen Arztbesuch empfehlen. Häufig reicht ein einfacher Sehtest nämlich nicht aus, um eine Störung festzustellen. Daher sind spezielle Untersuchungen nötig. Im Falle einer Erkrankung gibt es zum Glück zahlreiche Therapiemöglichkeiten.
Training der visuellen Wahrnehmung
Jeder Mensch kann und sollte seine visuelle Wahrnehmung trainieren. Auf Dauer wird deine visuelle Wahrnehmung so schneller und vielfältiger. Für Kinder werden häufig pädagogische Maßnahmen eingesetzt. Konkret kann das heißen, dass Eltern ihre Kinder vermehrt in den Haushalt einbeziehen. Außerdem ist es hilfreich, ihre Selbstständigkeit zu fördern. Spielen ist genauso wichtig. Fangen, Werfen, Memory - all diese Aktivitäten beanspruchen die visuelle Wahrnehmung stark. Die Behandlung von Erwachsenen Menschen funktioniert ähnlich. Gehirnjogging ist dabei die beliebteste Methode, um die visuelle Wahrnehmung zu fördern. In klassischen Gehirnjoggingaufgaben musst du Formen erkennen, Unterschiede feststellen und deine Hände koordinieren. Wie du gelernt hast, funktioniert es dabei am besten, wenn du Spaß an den Aufgaben hast.
Kulturelle Unterschiede in der visuellen Wahrnehmung
Fünf Kontinente, viele Kulturen. Nicht überall dominieren die Augen die Wahrnehmung so stark wie im deutsch- und englischsprachigen Raum. “Für jeden Sinneskanal gibt es Kulturen, die diese Wahrnehmungen bestens sprachlich beschreiben können und andere, die sich schwertun, sie in Worte zu fassen”, sagt Forscher Asifa Majid. Englisch Muttersprachlern fällt es zum Beispiel leichter über Dinge zu sprechen, die sie sehen und schwerer wenn sie diese nur riechen. Sie wollten herausfinden, ob wichtige Sinne wie das Sehen auch enger mit der bewussten Wahrnehmung und Sprache verbunden sind. Das Ergebnis: Farsi sprechenden Iraner und Menschen aus Laos konnten beispielsweise am besten den Geschmack ihrer Sprache ausdrücken.
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