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Lexikon der Neurowissenschaft: Kontrastverstärkung

Kontrastverstärkung w, E contrast enhancement, eine allgemeine Eigenschaft der Sinneswahrnehmung, bei der die physikalisch feststellbaren Kontraste bei der Kontrastwahrnehmung subjektiv verstärkt werden ( siehe Abb. 1 ). So erscheint im Grenzbereich der Trennungslinie zweier verschieden heller Flächen der hellere Teil heller und der dunklere Teil dunkler als die restliche Fläche. Das Phänomen nennt man Grenz- oder Rand-Kontrast ( siehe Abb. 2 ), die hellen und dunklen Streifen werden als Mach-Bänder bezeichnet. Ursache dieser Erscheinung ist die laterale Hemmung: Diese Leistung des Zentralnervensystems ist von großer Bedeutung in allen Sinnessystemen, da durch die Verzweigungen der Nervenfasern – jede Nervenfaser verzweigt sich vor der synaptischen Umschaltung und bildet Synapsen mit mehreren anderen Neuronen (Divergenz) und steht selbst mit mehreren präsynaptischen Fasern in Verbindung (Konvergenz) – eine Erregung eines einzigen Neurons zu einer lawinenartigen Ausbreitung von Nervenimpulsen beim Aufsteigen im Zentralnervensystem führen müßte. Diese Ausbreitung wird durch die hemmenden Verbindungen verhindert: das am stärksten erregte Neuron hemmt auch am stärksten seine schwächer erregten Nachbarneurone, die ihrerseits nur geringe Hemmwirkung ausüben. Die gegenseitige Hemmung, die sich bei allen nachfolgenden synaptischen Verschaltungen wiederholt, führt zu einer Eingrenzung der Erregung im Zentralnervensystem, kompensiert Unschärfen und verstärkt den Kontrast. Alle Rezeptoren (z.B. Sehzellen), die auf ein Neuron wirken, bilden ein sogenanntes rezeptives Feld. Da ein Rezeptor aber zu mehreren rezeptiven Feldern gehören kann, überschneiden sich die rezeptiven Felder benachbarter Neurone. Die rezeptiven Felder der Retina-Neurone sind meist kreisförmig. Man kennt zwei große derartige Neuronenklassen, die Off-Zentrum-Neurone und die On-Zentrum-Neurone ( siehe Abb. 3 ). Bei den letzteren bewirkt die Belichtung des Zentrums des rezeptiven Feldes eine Erregung, d.h. eine Zunahme der Aktionspotentialfrequenz, die der Peripherie eine Abnahme. Bei den Off-Zentrum-Neuronen ist die Reaktion umgekehrt. Für die Entstehung des Grenz-Kontrastes sind die On-Zentrum-Neurone verantwortlich. Wie stark die einzelnen Neurone erregt werden, ist von der Position der Hell-Dunkel-Grenze innerhalb der einzelnen zugehörigen rezeptiven Felder abhängig. Die maximale Aktivierung ist in Abb. 3b erreicht, die minimale, wenn das rezeptive Feld im dunklen Bereich liegt (Abb. 3c). – Ein weiteres Kontrastphänomen ist der Simultan-, Binnen- oder Flächen-Kontrast: Ein graues Feld erscheint auf schwarzem Hintergrund heller als ein gleich graues Feld auf weißem Hintergrund ( siehe Abb. 2 ). Entsprechend den Ursachen des Grenz-Kontrastes bewirkt die mittlere Aktivierung aller On- und Off-Zentrum-Neurone die subjektiv unterschiedliche Helligkeitsverteilung der grauen Flächen. Infolge eines teilweisen Wegfallens der lateralen Umfeldhemmung ist die schwächere Helligkeitsempfindung Ausdruck überhöhter Aktivität der Off-Zentrum-Neurone bzw. die stärkere Helligkeitsempfindung Ausdruck der stärkeren Erregung der On-Zentrum-Neurone. Beim simultanen Farb-Kontrast (Farbsimultankontrast) erscheint eine graue Fläche auf einem roten Untergrund grünlich, auf einem grünen Untergrund rötlich. Dies gilt auch für alle anderen Farben, wobei die graue Fläche jeweils in der Gegenfarbe erscheint. Teils spricht man den Rezeptoren eine Beteiligung an diesem Phänomen ab (auch den retinalen Neuronen und ihren lateralen Verbindungen) und nimmt lediglich einen experimentell noch nicht erfaßten Ort der Sehbahn an – teils sieht man die lateralen Verschaltungen der Rezeptoren als Voraussetzung an.



Kontrastverstärkung

Abb. 1: Darstellung der subjektiven und objektiven (mit Photometer gemessenen) Helligkeitsverteilung beim Übergang von einer dunklen zu einer hellen Fläche.



Kontrastverstärkung

Abb. 2: Grenz-Kontrast: Im Grenzbereich der Trennungslinie zweier Flächen erscheint der hellere Teil in einem schmalen Streifen heller und der dunklere Teil dunkler als die restliche Fläche. Die beiden Abb. zeigen auch den Simultan-Kontrast: Ein graues Feld mit schwarzem Hintergrund erscheint subjektiv heller als ein gleich graues Feld mit weißem Hintergrund.



Kontrastverstärkung

Abb. 3: Die Erregung der On-Zentrum-Neurone ist abhängig von der Position der Hell-Dunkel-Grenze innerhalb der einzelnen rezeptiven Felder. Die fiktiven Zahlen sollen die Verhältnisse von Hemmung und Aktivierung verdeutlichen.

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