Auge und Gehirn - ein (fast) perfektes Team

Sie verblüffen, sie faszinieren und sie machen Spaß: Optische Täuschungen. Diese Fehler in der visuellen Wahrnehmung sind nichts Schlimmes. Im Gegenteil. Sie be-weisen, wie perfekt Augen und Gehirn im Alltag zusammenspielen.

Zwerg oder Riese? In der einen Ecke des Raumes steht ein kleines Männchen, in der an deren Ecke ein stattlicher Mann - so groß, dass er den Kopf einziehen muss. Wenn die beiden die Ecken wechseln, schrumpft der Riese mit jedem Schritt und der Zwerg wächst und wächst - bis er den Kopf einziehen muss. Dieses Phänomen können Besucher in Pro-fessor Bernd Lingelbachs Scheune erleben. Dort steht ein sogenannter Ames-Raum, be-nannt nach dem amerikanischen Psychologen Adelbert Ames. Er macht sich unsere Alltagserfahrung im perspektivischen Sehen zunutze und trickst die Augen aus.


Quelle: www.leinroden.de

Das geht so: Guckt man mit einem Auge durch ein Loch in den Raum, dann wirkt er ganz normal rechtwinklig. In Wirklichkeit aber ist er trapezförmig verzerrt. Die eine Ecke liegt deutlich tiefer im Raum als die andere, so dass die dort stehende Person kleiner wirkt. Wände und Fenster und Bodenquadrate sind Trapeze, die zur hinteren Ecke breiter und höher werden. Der Betrachter meint aber, das die hintere Wand parallel zur Vorderwand liegt und beide Personen gleich weit entfernt stehen. Denn solange er nur mit einem Auge guckt, nimmt er die Verzerrungen nicht wahr. Guckt er aber mit zwei Augen, dann kommt die räumliche Wahrnehmung ins Spiel und der Trick fliegt auf.

Museum optischer Phänomene

Bernd Lingelbach hat dieses Phänomen zum ersten Mal 1982 im Exploratorium in San Francisco gesehen. Seither faszinieren ihn optische Täuschungen. Der Physiker hat über Wahrnehmungsphänomene promoviert und lehrt seit 1985 am Institut für Augenoptik in Aalen. Vor zwölf Jahren kam einer seiner Studenten auf die Idee, einen begehbaren A-mes-Raum zu bauen. Nach und nach entstanden weitere Anschauungsobjekte für die Studierenden. Inzwischen ist die Scheune fast zu einem Museum geworden mit Ames-Raum, schiefem Raum, Hexenschaukel, Camera obscura und über 100 kleineren Objek-ten und Postern, die durch optische Täuschungen verblüffen. Im schiefen Raum zum Bei-spiel merken die Besucher, dass sie nach kurzer Zeit nicht mehr wahrnehmen, wie schief der Raum ist. "Innerhalb von Minuten ist die Gehirnwäsche perfekt", sagt Lingelbach. So rollen plötzlich Bälle bergauf rollen und die Besucher sitzen an der Wand und schweben. Längst besuchen nicht nur Studierende sondern auch Schulklassen und Vereine die Scheune. Lingelbach freut sich, wenn die Besucher auf die vielen Tricks reinfallen, und wünscht sich, dass sie die Grenzen ihrer Wahrnehmung erkennen: "Nicht alles ist wahr, was wir wahrnehmen".

Was Bernd Lingelbach und seine Studierenden nachbauen, wurde bereits überwiegend im 19. Jahrhundert entdeckt. Einer der Pioniere in Sachen visueller Wahrnehmung war der Mediziner und Physiker Hermann von Helmholtz. Er vermutete, dass der Mensch visuelle Sinneseindrücke unbewusst verarbeitet und deutet. Manchmal liegt er damit schief. Dann ändert auch besseres Wissen nichts an der Wahrnehmung. So meinen wir, der Mond am Horizont sei größer als der Mond, der hoch am Himmel steht - obwohl wir wissen, dass der Mond seine Größe nicht verändert. Viele Forscher haben seither optische Täuschun-gen entdeckt, erforscht und ihnen ihren Namen gegeben.

Das Auge sieht, das Gehirn deutet

Visuelle Wahrnehmung ist mehr als Sehen. Sie beginnt mit dem Licht, das auf die Netz-haut fällt. Dort wandeln Sehzellen, sogenannte Stäbchen und Zapfen, die Lichtenergie in elektrische Signale um und leiten sie an die Ganglienzellen weiter. Deren hauchdünne Fortsätze bilden gebündelt den Sehnerv, der die Nervenimpulse zur primären Sehrinde im Gehirn weiterschickt. Dabei kreuzen sich die Sehnerven der beiden Augen zum Teil. Die Sehrinde nimmt Konturen wahr und lässt mehrere spezialisierte Hirnregionen bei der Ana-lyse mitarbeiten. Gemeinsam entschlüsseln sie das Bild, das auf die Netzhaut gefallen ist und sie geben ihm Sinn. So deutet das Gehirn Hell-Dunkel-Kontraste, Farben, Formen, Bewegungen, Entfernungen, Ähnlichkeiten und bringt sie mit den bisherigen Erfahrungen in Einklang. Helmholtz nannte diesen Wahrnehmungsprozess "intelligentes Raten". Das Ergebnis ist alltagstauglich, aber nicht immer verlässlich.

Optische Täuschungen treten auf, wenn wir unter untypischen Bedingungen sehen und das Gehirn die Informationen dann falsch deutet. Der Zwerg- und Riesentrick im Ames-Raum ist nur möglich, weil man den Raum nur durch ein Loch betrachten kann und dann auch nur mit einem Auge. Auf starke Hell-Dunkel-Kontraste antworten die Sehzellen manchmal so, dass Punkte flimmern. Bei unmöglichen Konstruktionen ziehen wir aus ver-trauten Einzelheiten den falschen Schluss. Umgekehrt kann man aus den Täuschungen schließen, wie das normale Sehen funktioniert.

Aus Täuschung wird Kunst

Für eine kurze Zeit haben optische Täuschungen die Kunst erobert. Das war in den sechziger Jahren. Optical Art, kurz Op Art, nannte sie das Spiel mit der visuellen Wahrnehmung. Sie nutzt das Wissen über optische Täuschungen und überfordert die Augen gezielt. Auf den Bildern blinkt, flimmert und rotiert es, Linien verschwimmen, Muster schieben sich ineinander, Formen dehnen und pressen sich, Farben kontrastieren. Zweidimensionale Bilder wirken plötzlich dreidimensional, statische Objekte scheinen sich zu bewegen, Linien wandern auf und ab, Flächen wechseln die Farbe.

Diese Kunst verlangt keine Vorkenntnisse, sondern nur zwei offene Augen. Bekannteste Op-Art-Künstler sind die Engländerin Bridget Riley und der Ungar Victor Vasarely, der als Ziel formulierte, "eine Kunst zu schaffen, die ein gemeinsames Gut und allen zugänglich ist". Doch das Publikum interessierte sich nicht lange für diese Kunst. Op Art blieb eine Episode. Für einige Jahre eroberte sie sogar die Mode- und Designerwelt, doch dann begann sie zu ermüden. Sie geriet in Vergessenheit - bis die Kunsthalle Schirn der Kunstbewegung im vergangenen Jahr eine Retrospektive widmete.

M.C. Escher verblüfft noch heute

Noch heute beliebt und besonders unter Mathematikern und Naturwissenschaftler geschätzt ist der Grafiker Maurits Cornelius Escher. Seine Grafikbände und Poster werden immer wieder neu aufgelegt. Der brillante Handwerker hat zahlreiche Holzschnitte, Lithografien und Zeichnungen gefertigt, in denen er Knoten, Möbiusbänder, zweideutige Bilder und zahlreiche unmögliche Konstruktionen perfekt umgesetzt hat. Die bekanntesten sind der Wasserfall, der wieder nach oben fließt, Belvedere, ein Pavillion mit unmöglichen Säulen, oder das Treppenhaus, das auf und ab führt. Die endlose Treppe geht zurück auf einen Artikel von Roger und Lionel Penrose im British Journal of Psychology, in dem sie 1958 unmögliche Objekte beschreiben. Nach einem Briefwechsel mit den beiden Forschern hatte Escher zwei Jahre später das Bild "Treppauf Treppab" fertig.

"Das ist eine ganz enge Wechselwirkung zwischen Wissenschaft und Kunst" schwärmt Professor Michael Bach. Er leitet die Sektion Funktionelle Sehforschung an der Universi-täts-Augenklinik in Freiburg und unterhält als Hobby eine Website mit optischen Täuschungen und visuellen Phänomen: www.michaelbach.de/ot/. Er hat nicht nur Eschers Treppe in sein Repertoire aufgenommen, sondern noch einen witzigen Trickfilm dazugestellt, in dem ein wohlbeleibter Mann verzweifelt versucht, eine endlose Treppe zu erklimmen.

Animierte Illusionen

"Schlichte Begeisterung" hat Bach dazu verführt, mittlerweile 78 optische Täschungen und visuelle Phänome am Computer so zu animieren, das man die Effekte ausprobieren kann. Sofern es sie gibt, liefert er die Erklärungen dazu. Doch das ist keineswegs immer der Fall. Für viele optische Täuschungen gäbe es nach wie vor keine plausiblen Erklärungen. "Das geben aber nur wenige zu", sagt Bach. Ihm ist wichtig, dass sich die visuellen Phänomene aus den Erkenntnissen der Sehforschung erklären. Viele aber erklärten optische Täuschung, "indem sie sagen, was man sieht."



Ein verblüffener Fall für die schwierige Suche nach Erklärungen ist das sogenannte Hermann-Gitter: Weiße Balken trennen Reihen und Spalten von schwarzen Quadraten. Blickt man auf die weißen Kreuzungen, dann erscheinen dort graue Punkte. Jahrzehntelang stand in allen Lehrbüchern eine Theorie, die dahinter eine ausgeklügelte Verarbeitung von Lichtreizen durch die Rezeptoren in der Netzhaut vermutete. Erst vor wenigen Jahren stellte sich heraus, dass die grauen Punkte bei gewellten Linien nicht auftreten, damit kann die Netzhaut allein dafür nicht verantwortlich sein. Für Bach ist das wissenschaftshistorisch "ein ganz besonderer Fall". Das neue Bild zeigt, dass die alte Theorie um weitere Erklärungen ergänzt werden muss. Erklärungen hin oder her - für Michael Bach zählen optische Täuschungen zu den Wundern der Welt: "Sie bleiben schön, auch wenn man sie erklären kann."

Gerlinde Geffers