Die Welt, die wir mit unseren Augen wahrnehmen, ist voller faszinierender Phänomene. Manchmal jedoch spielen uns unsere eigenen Sinne einen Streich und lassen uns Dinge sehen, die nicht wirklich existieren. Diese zauberhaften Illusionen sind als optische Täuschungen bekannt und faszinieren Menschen seit Jahrhunderten. Aber was steckt genau dahinter?
Wahrnehmungstäuschung und ihre Ursachen
Wahrnehmung ist subjektiv. Weicht die eigene Wahrnehmung von der Realität ab, so spricht man von einer Illusion. Bei einer optischen Täuschung, oder auch visuelle Illusion genannt, handelt es sich um eine Wahrnehmungsstörung. Dabei werden Sinneswahrnehmung und Interpretation gezielt durch widersprüchliche Informationen in die Irre geführt. Es handelt sich jedoch keinesfalls um eine Fehlfunktion der Augen, sondern vielmehr um eine falsche Interpretation unseres Gehirns. Bei einer optischen Täuschung sehen wir etwas, das nicht mit der objektiv überprüfbaren Realität übereinstimmt. Was wir sehen - oder zu sehen glauben - ergibt sich aus den Sinneseindrücken unserer Augen und der Informationsverarbeitung dieser Eindrücke (der Interpretation) in unserem Gehirn. Solche Wahrnehmungstäuschungen haben also nichts mit Augenproblemen oder verminderter Sehfähigkeit zu tun. Sie resultieren aus der Art und Weise, wie unser Gehirn funktioniert: Ein gesundes Auge gibt bei optischen Illusionen die Sehreize als Informationen völlig korrekt an das Gehirn weiter. Dieses greift aber bei der Interpretation des Wahrgenommenen auf Erfahrungswerte zurück. Aus Erinnerungen vergangener Eindrücke werden gewissermaßen aktuelle sinnhafte Eindrücke „konstruiert“. So liefert das Auge beispielsweise Informationen über ein aufrechtes, längliches braunes Objekt mit vielen kleinen grünen Objekten an seinem oberen Ende. Erst das Gehirn setzt diese Informationen zu einem Baum zusammen, weil wir schon viele Bäume zuvor gesehen haben. Im Zweifel kreiert es bei einer optischen Täuschung auch ab und zu etwas, das so gar nicht vom Auge gesehen wird.
Betrifft diese Illusion das Sehen von nicht oder nicht wirklich so vorhandenen Dingen, so spricht man von einer optischen Täuschung. Diese kann unterschiedliche Ursachen haben. Zum einen können physikalische Phänomene der Auslöser sein (z.B. Regenbögen, Fata Morgana). Hierbei treffen bestimmte Verzerrungen oder Reflexionen des Lichts in nicht optimaler Form auf das Auge und erzeugen ein „falsches Bild“. Bei Schäden am Auge, z.B. Unabhängig vom Auge kann auch das Gehirn bei der Bildverarbeitung Illusionen erschaffen. Hierbei können vorrübergehende Fehlfunktionen (z.B. Migräneanfall mit Aura) die Ursache sein.
Die Rolle des Gehirns bei optischen Täuschungen
Optische Täuschungen entstehen, wenn unser visuelles System auf bestimmte visuelle Reize reagiert und dabei zu falschen Interpretationen kommt. Unser Gehirn versucht ständig, Muster und Zusammenhänge in Visualisierungen zu erkennen und diese Informationen in eine sinnvolle Kombination unserer Umgebung zu übersetzen. Doch manchmal kann dieser Vorgang fehlerhaft sein und wir werden auf eine falsche Fährte geleitet.
Um optische Täuschungen zu verstehen, müsse man sich zunächst klarmachen, dass unsere sensorischen Signale sehr mehrdeutig sind. Das Gehirn muss solche Probleme laufend lösen - und es ist grundsätzlich hervorragend darin. "Die Sache ist die, dass unser Gehirn sogar so gut darin ist, diese Korrekturen vorzunehmen, dass wir beinahe den gesamten Kontext eines Bildes entfernen können - und trotzdem wird das Gehirn die Längen von Linien oder etwa Farben anpassen. Eine wichtige Rolle bei der Interpretation spielt auch unser Vorwissen. Ein Teil davon ist genetisch verankert. "Wir nennen das 'Priors'", erklärt der Neurophysiologe Wolf Singer vom Ernst Strüngmann-Institut. Der Begriff umfasse Kriterien, die das Zuordnen von Sinnessignalen erlauben. Die meiste Zeit helfen sie uns dabei, die Welt um uns herum zu erfassen. Aber sie können getäuscht werden - und zwar nicht nur, wenn es um die Optik geht.
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Die visuellen Informationen der Außenwelt gelangen über die Netzhaut der Augen ins Gehirn. Jedoch ist nur in einem kleinen Teil der Netzhaut scharfes Sehen möglich. Beim Betrachten einer visuellen Szene führt das Auge kleinste Blickbewegungen aus. Die unscharfen Bilder während der Augenbewegungen werden vom Gehirn unbewusst ausgeblendet und zum Teil mit Mustern ergänzt, die es bereits kennt. Eine optische Täuschung oder visuelle Illusion entsteht, wenn spezielle Sehreize die automatische Mustererkennung des Gehirns überlisten. Dann fehlen dem Gehirn stabile Bezugspunkte und die Wahrnehmung ist verändert.
Angenommen, Sie sehen etwas Ovales, Weißes: Das könnte etwa ein Ei sein. Oder aber eine kreisrunde, flache Scheibe, die Sie aus leicht schräger Perspektive betrachten. Oder auch etwas ganz anderes. Was es auch ist Sie erkennen es in der Regel augenblicklich, denn Ihr Gehirn nimmt ohne Umschweife die richtige Antwort ins Visier. Wie schafft es das? Indem es eine Reihe schlauer Vermutungen über statistische Wahrscheinlichkeiten anstellt. Ein gutes Beispiel ist das Talent unseres Denkapparats, unerklärliche Lücken im Netzhautbild einfach auszufüllen.
Der blinde Fleck und seine Ausfüllung
Mit Hilfe des blinden Flecks in Ihrer Netzhaut können Sie sich das selbst vor Augen führen. Betrachten Sie das Bild oben links. Fixieren Sie bei geschlossenem rechtem Auge das untere weiße Quadrat. Halten Sie das zweite Bild etwa 30 Zentimeter von Ihrem Gesicht entfernt und führen Sie es dann langsam näher zu sich heran. In einem bestimmten Abstand verschwindet der Kreis links im Bild, denn er fällt nun genau auf den blinden Fleck Ihres linken Auges. Erstaunlicherweise nimmt man nun an Stelle des Kreises nicht etwa ein Loch oder einen dunklen Schatten wahr. Vielmehr füllt unser Sehsystem die entsprechende Fläche mit der Farbe der angrenzenden Umgebung aus. Das Gehirn, so scheint es, mag keine Leere.
Auch eine durch den blinden Fleck verlaufende Gerade erscheint nicht in der Mitte unterbrochen: Machen Sie das kleine Experiment von eben noch einmal, schauen Sie diesmal aber auf das obere weiße Quadrat! Sobald der Kreis im blinden Fleck verschwindet, sehen Sie einen durchgehenden senkrechten Balken. Der blinde Fleck hat erstaunliche Ausmaße. Zum Vergleich: Seine Fläche ist fast neunmal so groß wie die des Vollmonds am Himmel. Das reißt ein ganz schönes Loch in Ihre Wahrnehmung, welches Ihr Gehirn mühsam auffüllen muss. Noch ein Versuch gefällig? Schließen Sie einmal das linke Auge und blicken Sie mit dem rechten im Raum umher. Mit etwas Übung sollte es Ihnen gelingen, mit dem blinden Fleck beliebige kleine Gegenstände zum Verschwinden zu bringen. Dieses Spiel trieb bereits der englische König Charles II. (1630 1685), der sich sehr für die Wissenschaften interessierte und die Royal Society gründete. Er pflegte zum Tode verurteilte Gefangene visuell zu "enthaupten" noch vor ihrer tatsächlichen Hinrichtung.
Doch wie gut funktioniert eigentlich das Ausfüllen des blinden Flecks bei komplexeren, detaillierteren Bildern, wenn das Gehirn also mehr als nur eine gleichmäßige Hintergrundfarbe berücksichtigen muss? Um die Grenzen dieses Mechanismus sowie die ihn steuernden Gesetze zu erkunden, benötigen Sie lediglich einige verschiedenfarbige Filzstifte und ein paar Blatt Papier oder ein Zeichenprogramm auf Ihrem Computer. Ich schildere im Folgenden einige Beispiele; lassen Sie Ihrer Fantasie beim Ausdenken neuer Varianten aber ruhig freien Lauf!
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Im dritten Bild fällt Ihr blinder Fleck auf den Mittelpunkt eines Kreuzes, das aus einem langen grünen und einem kürzeren roten Balken besteht. Werden nun beide ergänzt? Oder nur einer und wenn ja, welcher? Die meisten Menschen stellen fest, dass ihnen nur die längere Linie kontinuierlich erscheint wobei sie natürlich die kürzere, für sich allein dargeboten, problemlos ergänzen können. In anderen Fällen hingegen berücksichtigt das Gehirn ausschließlich die unmittelbare Umgebung der weggezauberten Stelle und kümmert sich überhaupt nicht um den Rest. So etwa, wenn Sie den blinden Fleck Ihres linken Auges genau auf die Mitte eines gelben Rings mit andersfarbigem Zentrum richten: Dann werden Sie eine durchgängig gelbe Scheibe sehen. Die meisten Menschen erleben dieses Phänomen auch im Bild links oben, trotz des recht komplexen, tapetenartigen Musters. Das visuelle System vernachlässigt dieses vollständig und extrapoliert streng lokal.
Weniger eindeutig ist die Sache im Bild links unten. Richten Sie den blinden Fleck des linken Auges auf den blauen Kreis, bis dieser verschwindet. Ergänzt nun Ihr Sehsystem die horizontalen, durch den blinden Fleck verlaufenden Streifen? Oder eher den vertikalen Balken der selbst nur auf einer Illusion beruht? Probieren Sie es aus und variieren Sie dabei den Abstand der waagrechten Streifen. Nette Spielerei, werden Sie vielleicht denken, aber wozu dient überhaupt dieser Ausfülleffekt? Dass unser visuelles System diese Fähigkeit nur entwickelt hat, um mit dem Problem des blinden Flecks fertigzuwerden, ist unwahrscheinlich schließlich sehen wir gewöhnlich in stereo, sodass das andere Auge die Wahrnehmungslücke problemlos ausgleicht.
Letztlich handelt es sich dabei wohl um eine der vielen Fassetten der "Surface Interpolation" zu Deutsch etwa Oberflächeninterpolation. Diese Fähigkeit entwickelte sich im Lauf der Evolution, damit wir kontinuierliche Oberflächen und Umrisse in der Natur auch dann noch erkennen, wenn diese teilweise verdeckt sind und dadurch unterbrochen erscheinen. Physiologen wie Leslie Ungerleider vom National Institute of Mental Health in Bethesda, Ricardo Gattass von der Bundesuniversität Rio de Janeiro und Charles Gilbert von der New Yorker Rockefeller University erforschen gegenwärtig die neuronalen Mechanismen, die hinter diesem Phänomen stecken. Dazu beobachten sie, wie einzelne Nervenzellen in den visuellen Zentren im Gehirn auf Objekte reagieren, die teilweise vom blinden Fleck oder durch Sichtschranken verborgen werden.
Experimente und Beispiele für optische Täuschungen
Ihnen wird das Spiel mit Ihrem blinden Fleck langsam langweilig? Dann probieren Sie doch einmal Folgendes: Kleben Sie einen kleinen weißen Pappkreis mit einem halben Zentimeter Durchmesser und einem schwarzen Punkt in der Mitte in die rechte Hälfte Ihres Fernsehbildschirms. Etwa zwölf Zentimeter daneben bringen Sie ein zwei mal zwei Zentimeter großes Quadrat aus hellgrauer Pappe an. Wenn Sie jetzt mit beiden Augen 15 Sekunden lang unausgesetzt auf den schwarzen Punkt starren, wird das graue Quadrat verschwinden und der entsprechende Bereich mit Rauschen ausgefüllt. Sie halluzinieren also "Schnee", wo gar keiner ist! Genauso wird auch ein einzelner roter Fleck inmitten lauter grüner Kleckse durch einen weiteren grünen Punkt ersetzt.
Diese Experimente illustrieren, wie wenig Informationen Ihr Gehirn eigentlich aus der Umwelt aufnimmt und wie viel es stattdessen selbst produziert. Vilayanur S. Das Bild auf dem Blatt scheint sich zu bewegen und diese Striche sind eindeutig unterschiedlich lang - bei einer optischen Täuschung meinen wir, etwas zu sehen, das in Wirklichkeit gar nicht zu sehen ist. Schuld daran sind nicht unsere Augen, sondern unser Gehirn. Unser Gehirn lässt sich auf vielfältige Art und Weise in die Irre führen. Bei obigem Bild handelt es sich um eine Bewegungsillusion. Betrachtet man es, sieht es so aus, als würden sich einige Teile bewegen. In der Regel handelt es sich dabei um Stellen, die das Auge gerade nicht fokussiert.
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Größen-, Farb- und Wechselwirkungstäuschungen
Ein Beispiel für eine linienbezogene Größentäuschung sehen Sie im Bild oben: Die „Müller-Lyersche Pfeiltäuschung“ ist ein Klassiker unter den optischen Täuschungen. Betrachtet man das Bild, so sieht die obere Linie deutlich länger aus als die untere; die rote scheint länger zu sein als die blaue. Tatsächlich sind die Linien in den Beispielen jedoch jeweils gleich lang. Täuschungen bezüglich der Größe eines Objekts können in unterschiedlichen Varianten auftreten. Linienbezogene Größentäuschungen zeigen zwei gleich lange Linien, die uns aber unterschiedlich lang erscheinen. Eine perspektivische Größentäuschung liegt vor, wenn beispielsweise Personen unterschiedlich groß erscheinen, obwohl sie die gleiche Körpergröße haben. Im Bild oben sehen wir zwei orange Kreise, die einmal von großen und einmal von kleinen blauen Kreisen umgeben sind. Es scheint, als wäre der linke orange Kreis um einiges kleiner als der rechte.
Bei einer Farbtäuschung nehmen wir eine bestimmte Farbe aufgrund einer anderen Umgebungsfarbe anders wahr, als wenn sie allein zu sehen wäre. So erscheint uns ein grauer Punkt auf einer roten Fläche in der Regel plötzlich leicht grün, auf einer grünen Fläche dagegen dann auf einmal rötlich - obwohl er in beiden Fällen im gleichen Grauton gehalten ist. Das Bild oben zeigt zwei Reihen von Schachfiguren: Die oberen erscheinen in einem deutlich helleren Grau als die unteren. Dies liegt jedoch lediglich an den Hintergründen.
Wechselwirkungen beschreiben optische Illusionen in der perspektivischen Wahrnehmung. Hier erscheint ein Teil eines Objekts oder Bilds einmal im Vordergrund und dann wieder im Hintergrund und so weiter. Oft kann man zwischen beiden Möglichkeiten hin- und herspringen. Dieses Video ist das beste Beispiel dafür: Der Maler in dem Video kreiert lediglich mit einem Bleistift und einem Blatt Papier eine optische Illusion: Das fertige Glas erscheint dreidimensional - so lebensecht, als könnte man es umfassen und daraus trinken.
Visuelle Nachwirkungen und mehrdeutige Darstellungen
Bei einer visuellen Nachwirkung wird zunächst eine Fläche oder ein Punkt für einen längeren Zeitraum (zum Beispiel 30 Sekunden) betrachtet. Anschließend wird der Blick auf eine helle Fläche gerichtet - die Farbe des Objekts ist nun trotzdem weiterhin zu sehen - zumindest fast: Es handelt sich nunmehr um ihre Komplementärfarbe. Ein Beispiel dafür sehen Sie im Video oben: Konzentrieren Sie sich auf das Kreuz.
Bei mehrdeutigen Darstellungen erkennen wir in einer einzigen Darstellung zunächst nur ein einziges abgebildetes Objekt. Betrachten wir es jedoch länger - oder lassen wir uns von einer anderen Person darauf aufmerksam machen - tritt schließlich noch ein ganz anderes Motiv aus dem Bild hervor. Ein bekanntes Beispiel ist jenes Bild, auf dem man sowohl eine Ente als auch einen Hasen erblicken kann. Hat man erst beide Objekte identifiziert, ist es unmöglich, eine Variante wieder vollständig auszublenden. So auch im obigen Beispiel: Was sehen Sie, zwei Gesichter oder einen Kelch? Haben Sie in dem weißen Teil direkt den Kelch entdeckt, wird das Schwarz automatisch zu einem unförmigen Hintergrund. Manche sehen jedoch auch die zwei einander zugewandten Gesichter zuerst. In diesem Fall wird der weiße Bereich zum formlosen Hintergrund. Sehen Sie den Mann in Vorder- oder Seitenansicht? Auf den ersten Blick entspricht eine Gesichtshälfte des Mannes einfach dem grauen Hintergrund. Blickt man das Bild jedoch eine Weile an, entsteht ein mehrdeutiger Eindruck: Denn der graue Hintergrund verdeckt das Gesicht so, dass die Umrisse einem menschlichen Profil gleichen. Hier ein weiteres gelungenes Beispiel für eine optische Täuschung in Form einer mehrdeutigen Darstellung - ein berühmtes Bild aus der Pop-Kultur. Dargestellt ist Sigmund Freud mit der provokanten Überschrift, die so viel bedeutet wie: „Was einem Mann so durch den Kopf geht“. Die nackte Frau ist sofort zu erkennen. Das liegt auch daran, da Ihr weißer Oberkörper so stark mit dem Schwarz des Haares kontrastiert.
Phantombilder und unmögliche Objekte
In einem Phantombild erkennt man ein Objekt oder eine Form, die so gar nicht abgebildet ist. Optische Täuschungen und Illusionen können uns sogar unmögliche Objekte sehen lassen. Auf den ersten Blick wirken die abgebildeten Gegenstände plausibel. Bei näherer Betrachtung fällt aber auf, dass sie in der Realität nicht existieren könnten und ihre Existenz nur der „Täuschbarkeit“ unseres Gehirns geschuldet ist: Man denke etwa an die bekannte Darstellung eines Treppenhauses, dessen vier Treppenläufe so aneinander anknüpfen, dass man nie oben ankäme. Ähnlich verhält es sich mit dem oben abgebildeten Dreieck - dem sogenannten Penrose-Dreieck: Wenn Sie auf eine Ecke schauen und versuchen, sich einen räumlichen Eindruck von der Figur zu verschaffen, wird dies nicht gelingen - es ist unmöglich, weshalb diese Figur auch als das unmögliche Dreieck bezeichnet wird. Das sogenannte Hermanngitter führt eine optische Illusion herbei, von der Forscher noch immer nicht genau wissen, wo sie herkommt. Das Bild zeigt einen schwarzen Hintergrund, auf dem ein weißes Gitter liegt. An den Stellen, wo sich die Striche kreuzen, sind weiße Punkte eingezeichnet. Fokussieren wir nun einen solchen Punkt, ist dieser als weiß zu erkennen. Wie viele Beine hat der Elefant? Auf jeden Fall zu viele. Diese lustige optische Täuschung stammt von dem Psychologie-Professor Roger Shepard.
Optische Täuschungen im Alltag
Auch im täglichen Leben sind wir einer Vielzahl kurioser optischer Phänomene ausgesetzt - häufig sogar ohne es bewusst zu merken. Bei einem Film zum Beispiel entsteht durch die schnelle Abfolge statischer Einzelbilder der Eindruck echter Bewegung. Sind die Augen längere Zeit farbigem Licht ausgesetzt (z.B. durch die grüne Deckenbeleuchtung einer Bar), entsteht für einige Zeit ein farbiges Nachbild, wenn die Augen wieder normalem Licht ausgesetzt sind. Im beschriebenen Fall würde eine normale Beleuchtung plötzlich pink erscheinen. Unser Hirn kann jedoch nicht nur zusätzliche Informationen in die Interpretation der visuellen Reize einbeziehen - sondern dankenswerterweise auch weglassen. Bilder, die sich bewegen, Linien, die unterschiedlich lang erscheinen … Nicht immer kann man seinen Augen trauen. Bei optischen Illusionen werden sie und unser Gehirn ausgetrickst.
Der Nutzen von optischen Täuschungen für die Forschung
Neben diesen unterhaltsamen Spielereien haben optische Täuschungen aber auch einen hohen Wert für die Forschung. "Sie sind ungeheuer wichtig", betont Roland Fleming: "Die Ausfälle und Fehler in einem System geben wichtige Hinweise darauf, wie es funktioniert. Der Neurophysiologe Singer erklärt, auch in der Primatenforschung spielen optische Täuschungen eine wichtige Rolle. "Man kann auf diese Weise untersuchen, ob die Priors, also das Vorwissen, das im Gehirn gespeichert ist, unserem entsprechen." Man prüfe dann etwa, ob die Tiere auf die gleichen Illusionen hereinfallen wie wir Menschen. Bei ganz vielen optischen Täuschungen sei das der Fall. Daraus könne man folgern, dass Affen- und Menschenhirne entweder aufgrund der genetischen Vorlagen dieselben Priors installiert bekommen haben - oder eben, weil die Tiere grob in der gleichen Umgebung aufwachsen wie wir.
Wie stark unsere Umgebung die Wahrnehmung prägt, hat auch eine aktuelle Studie belegt. In der auf dem Bild gezeigten Grafik sahen Menschen aus den USA und Großbritannien in der Studie eher die Rechtecke, während Menschen aus einer dörflichen Umgebung in Namibia eher die Kreise wahrnahmen. Roland Fleming erklärt: "Die Wahrnehmung ist nicht nur das Ergebnis von Millionen von Jahren der Evolution - sie ist auch das Produkt von Millionen von Stunden unserer eigenen Erfahrung. So wie unsere physische Ernährung unseren Körper formt, so strukturiert auch unsere visuelle Ernährung unseren Verstand." Die Welt, in der wir aufwachsen, bestimme, welche Interpretationen jeweils in unserem eigenen Leben die wahrscheinlichsten sind. Wenn wir in einem Umfeld mit vielen Ecken und Kanten aufwachsen, dann sei unser Gehirn darauf eingestellt, neue Muster auch eher so zu interpretieren. "Wenn wir aber in der Natur aufwachsen, wo Kurven die Norm und gerade Linien selten sind, dann sollten wir gerade Linien nicht so leicht sehen, weil sie unwahrscheinlicher sind", erklärt Fleming.