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Gehirn macht aus Schwarz-Weiß-Fotos Bilder in Farbe

Farbensehen ist oft mehr Illusion als Wirklichkeit. Wissenschaftler der Universität Tübingen erforschen, wie Vorwissen unsere visuelle Wahrnehmung konkret beeinflusst.

Bei einer schwarz-weiß abgebildeten Banane kann das Gehirn die gelbe Farbe mühelos ergänzen. Mareike Kardinal/Bernstein Koordinationsstelle

Bislang unbekannt war, ob das menschliche Hirn fehlende Farben in einem Bild ergänzen kann. Nun haben die Neurowissenschaftler Michael Bannert und Dr. Andreas Bartels vom Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften der Universität Tübingen (CIN) sowie vom Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Tübingen in einer Studie überprüft, was im Kopf bei der Betrachtung von Schwarz-Weiß-Fotos passiert.

Gelb wie Banane

In ihrer Arbeit, die aktuell in der Fachzeitschrift Current Biology publiziert wird, zeigten die Forscher ihren Versuchsteilnehmern Schwarz-Weiß-Fotos von Bananen, Brokkoli, Erdbeeren und von anderen Objekten, die normalerweise eine typische Farbe haben wie in den Beispielen gelb, grün beziehungsweise rot.

Gleichzeitig zeichneten sie mittels funktioneller Bildgebung die Hirnaktivität der Probanden während des Experiments auf. Der eigentliche Zweck der Studie war den Versuchsteilnehmern unbekannt. Um ihre Aufmerksamkeit von den Objekten und von Farben abzulenken, hatten sie die Aufgabe, die Bewegungsrichtung der langsam rotierenden Objekte zu bestimmen.

Nach Aufnahme der Hirnantwort auf die Schwarz-Weiß-Objekte zeigten die Forscher den Teilnehmern echte Farbreize in Form von Ringmustern in Gelb, Rot, Grün und Blau, um die Hirnaktivität auf echte Farben messen zu können.

Nur in der primären Sehrinde nachweisbar

Es stellte sich heraus, dass allein beim Betrachten der Schwarz-Weiß-Fotos automatisch farbspezifische Aktivierungsmuster im Gehirn entstanden. Diese Muster entsprachen interessanterweise den Aktivierungsmustern, die durch die Wahrnehmung der echten Farbreize hervorgerufen wurden und kodierten die Farbe des jeweiligen Objekts, obwohl nur Schwarz-Weiß-Bilder mit dem Objekt in Grautönen betrachtet wurden.

Die typischen Farben der gesehenen Objekte ließen sich also aus der Hirnaktivität herauslesen. „Besonders interessant war, dass die Farben der Objekte nur in der primären Sehrinde nachweisbar waren“, sagt Bannert.

Die primäre Sehrinde ist ein Hirnareal der frühen Reizverarbeitung, von dem üblicherweise angenommen wird, dass es die physikalischen Eigenschaften der Umgebung im menschlichen Blickfeld wahrheitsgetreu widerspiegelt. Zudem ist die primäre Sehrinde nicht befähigt, Objekte zu erkennen oder gar Farbwissen über Objekte zu speichern.

„Dieses Ergebnis zeigt, dass unser Vorwissen über die Farben von Objekten auf die früheste Ebene unseres Sehsinns projiziert wird“, sagt Bartels. Die aktuelle Studie leiste einen wichtigen Beitrag zur Beantwortung der allgemeinen Frage, wie sich Vorwissen in der Wahrnehmung auf neuronaler Ebene  niederschlagen kann.

Ein Vorteil bei Nebel und Bewölkung

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Projektion solchen Vorwissens auf die früheste Verarbeitungsebene des Gehirns es dem visuellen System erleichtern könnte, Objekte auch in widrigen Sichtverhältnissen zu erkennen. Dabei könnte das Vorwissen über Farben zum Beispiel bei Nebel und insbesondere bei unterschiedlichem Sonnenstand, bei Bewölkung oder wechselnder Raumbeleuchtung eine Rolle spielen.

Ein überbordender Einfluss solchen Vorwissens oder von Erwartungshaltungen auf frühe Verarbeitungsebenen im Gehirn könnte aber auch krankhaften Illusionen und Halluzinationen zugrunde liegen, so die Überlegungen der Forscher.