Wer richtig sehen will, muss fühlen

News: Wer richtig sehen will, muss fühlen

Zur räumlichen Wahrnehmung tragen nicht nur die Augen bei. Vor allem in Zweifelsfällen nutzt das Gehirn noch andere Informationsquellen, um die dreidimensionale Umwelt zu rekonstruieren. So kann der Tastsinn die Gewichtung der verschiedenen optischen Reize beeinflussen und dem visuellen System zu einer zuverlässigen räumlichen Sicht verhelfen.

Dass der Mensch die Welt räumlich sieht, verdankt er weniger seinen Augen als vielmehr dem Gehirn. Denn die Augen erzeugen zunächst nur flächige Bilder auf den Netzhäuten – und erst das Gehirn erarbeitet anhand dieser zweidimensionalen Bilder eine räumliche "Anschauung" der Umwelt. Um diese vertiefte Sicht zu gewinnen, nutzt das visuelle System verschiedene optische Sinnesreize, aus denen sich die räumliche Lage und Struktur betrachteter Objekte rekonstruieren lässt: Dazu gehören Schattierungen, ferner Textur-Verläufe wie etwa perspektivisch erzeugte Fluchtlinien sowie die so genannte Disparität, das heißt die durch das Stereosehen bedingten Ungleichheiten zwischen den Netzhaut-Bildern beider Augen.

Allerdings reicht keines dieser Merkmale für sich allein aus, um zu einem eindeutigen räumlichen Bild zu gelangen. Deshalb muss das Gehirn die verfügbaren Informationen zu einer „Gesamtschau“ kombinieren und dabei die verschiedenen Sinnesreize nach ihrer Verlässlichkeit gewichten, also gewissermaßen nach ihrer Glaubwürdigkeit: Ein in diesem Sinn plausibles Signal trägt dann stärker zur Rekonstruktion des räumlichen Bildes und damit zur visuellen Wahrnehmung bei als ein weniger zuverlässiges. Durch diese Art der Kombination kommt es nur in seltenen Fällen vor, dass sich das Gehirn "irrt" und man einer optischen Täuschung erliegt.

Die Kombination der Sinnesreize bestimmt also, wie wir unsere Umwelt sehen. Woher weiß das Gehirn aber, welchem Reiz es am meisten vertrauen kann? Diese Frage haben Marc Ernst und Heinrich Bülthoff vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen gemeinsam mit Martin Banks von der University of California in einem trickreichen psychophysischen Experiment untersucht (Nature Neuroscience vom Januar 2000).

Sie entwarfen dafür eine Apparatur, die Versuchspersonen das Bild einer geneigten Fläche "vorspiegelte". Dabei wurde die Neigung dieser Fläche über zweierlei optische Parameter vermittelt: Zum einen über einen Textur-Gradienten, erzeugt mittels perspektivisch-konvergierender Fluchtlinien, zum anderen über einen Disparitäts-Gradienten, basierend auf dem Stereo-Effekt beidäugigen Sehens.

Diese beiden Signale konnten voneinander unabhängig und abweichend variiert werden, so dass sie jeweils unterschiedliche Neigungen der Fläche anzeigten – und damit das Gehirn der Betrachter in eine Konfliktsituation brachten: Das Gehirn löste den Widerspruch zwischen den beiden Reizen auf und gelangte zur Wahrnehmung einer einheitlich geneigten Fläche, indem es jedes Signal gewichtete und so zu einem "Kompromiss", zu einem Zwischenwert, fand.

Diesen Zwischenwert, also die am Ende wahrgenommene Neigung der Fläche, sollten die Versuchspersonen im ersten Durchgang des Experiments schätzen: Daraus ermittelten die Wissenschaftler, wieviel jedes der beiden Signale zur "Urteilsfindung" beigetragen, das heißt wie das Gehirn zwischen der Textur- beziehungsweise Disparitäts-Information gewichtet hatte.

Auf die Kernfrage des Experiments zielte dann eine zweite Messreihe, in der die Versuchsteilnehmer die Neigung der Fläche nicht nur sehen, sondern sie auch erfühlen konnten. Dafür wurde in das Bild der geneigten Fläche ein virtueller Würfel eingespiegelt, den die Versuchspersonen mit einem Finger verschieben konnten. Der Widerstand, den der Würfel auf der Fläche durch Verschieben in die eine oder andere Richtung dem Finger entgegensetzte, wurde computergesteuert simuliert. Dazu steckte der Finger in einer Art Fingerhut, gekoppelt an einen Kraftübertrager: So konnte über den Tastsinn der Eindruck vermittelt werden, als sei die Fläche, auf der man den Würfel bewegte, in eine bestimmte Richtung geneigt.

Diese "ertastete Neigung" wurde dann im Experiment jeweils so eingestellt, dass sie einem der beiden widersprüchlichen optischen Reize entsprach – also entweder dem Disparitäts- oder dem Textur-Gradienten.

Wie die anschließenden Schätzungen zeigten, beeinflusste diese "Fühlungnahme" tatsächlich die Gewichtung der visuellen Signale: Das ertastete Signal wurde jeweils stärker gewichtet – also vom Gehirn als zuverlässiger erachtet – als im vorangegangenen, rein optischen Test. "Das bedeutete", so Ernst, "dass ein- und dieselbe Fläche nach dem Abtasten anders wahrgenommen wurde: Sie erschien jeweils stärker in die Richtung des optischen Signals geneigt, das mit der getasteten Neigung übereinstimmte. Und dieser Effekt ließ sich noch bis zu einem Tag nach dem Tastversuch nachweisen."

Allerdings vertraute das Gehirn nicht "blind" der tastenden Hand. Denn es verschob – nach 30 bis 45 Minuten Versuchsdauer – die Gewichtung jeweils nur um 15 bis höchstens 40% in Richtung des ertasteten Signals, bezog also nach wie vor auch den abweichenden visuellen Reiz in seine „abschließende Betrachtung“ ein. Diese vorsichtige und begrenzte Reaktion erscheint durchaus sinnvoll: Andernfalls, wenn das visuelle System durch jeden kurzfristigen Tastreiz sofort auf eine neue Sicht programmiert würde, könnte es keine verlässliche Wahrnehmung der Umwelt vermitteln.

Die Forscher des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik haben mit ihrem Experiment aufgedeckt, was im Alltag fortwährend unbemerkt abläuft, wenn wir etwa nach Gegenständen greifen oder über Treppen steigen: Neben visuellen Informationen nutzt das Gehirn auch Rückmeldungen von den Händen und Beinen, um zu einem Bild der dreidimensionalen Umwelt zu gelangen.

Dabei werden die Informationen aus dem motorischen System mit dem visuellen System abgeglichen – und können, sozusagen als "Lehrmeister" , die Gewichtung optischer Reize beeinflussen: So kommt das visuelle System mit Hilfe anderer Sinne, wie hier des Tastsinns, am Ende doch zu einer zuverlässigen Wahrnehmung.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 12.10.1999
"Mit dem 'inneren Auge' fühlen"
Spektrum Ticker vom 31.6.1998
"Mit den Händen hören"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 10/97, Seite 23
"Geschlechtsunterschiede im räumlichen Vorstellungsvermögen?"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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