Das Farbensehen:

Wie entsteht eine Farbe ?

Licht an sich ist nicht farbig, sondern einfach eine sogenannte elektromagnetische Strahlung wie die Radiowellen oder die Gammastrahlen. Erst durch die Verarbeitung der Information über Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich (380-780 Nanometer) - für den wir Rezeptoren in unserem Auge haben - in unserem Gehirn, kommt es zu einer Empfindung, die wir Farbe nennen. Die Gesamtheit dieser für uns wahrnehmbaren/ sichtbaren Strahlung erscheint uns weiß. “Weißes Licht” enthält alle sichtbaren Farben (siehe auch unter Bedeutung des Lichtes), Wir können es in die einzelnen Farben aufspalten durch ein Prisma.

Prisma

Dabei wird die Tatsache der unterschiedlichen Wellenlängen und der je nach Wellenlänge verschiedenen Ablenkbarkeit der einzelnen Bestandteile des Lichts insofern ausgenützt, als sie an einer Glaskante in verschiedene Richtungen abgelenkt (gebrochen) werden. Mansieht dann wie in einem Regenbogen, das ganze sichtbare Farbspektrum, d.h. alle Farben entsprechend ihrer Wellenlänge geordnet nebeneinander.

Dem Regenbogen (siehe Bild oben) liegt eigentlich kein anderes Prinzip zugrunde, da hier die Wassertropfen wie Millionen von kleinen Prismen funktionieren. Siehe auch unter Farbphänomene in der Natur.

Fällt nun “weisses” Licht von einer Lichtquelle (Sonne, Lampe etc.) auf einen Gegenstand, der das Licht nicht ablenkt, sondern einfach zurückwirft bzw. spiegelt (reflektiert) - was ja im Gegensatz zum oben beschriebenen Prismeneffekt der Normalfall ist - “verschluckt” (absorbiert) er einen Teil des Lichtes und wandelt ihn in Wärme um und den anderen Teil
spiegelt oder streut er. Der Teil des Farbspektrums den er reflektiert, ist die Farbe in der er uns erscheint. “Verschluckt” er alle Farben ausser “Grün”, sieht er “Grün” aus. Insofern ist der Gegenstand nicht wirklich grün, er erscheint uns nur so. Aber ohne Licht keine Farbe.

Besondere Farbeffekte führen z.B. zum Blau des Himmels, dem Rot des Sonnenuntergangs und den Farbveränderungen des Chamäleons. Mehr dazu unter Farbphänomene in der Natur.

Wie sehen wir eine Farbe ?

Das von einem Gegenstand gespiegelte Licht fällt durch die Pupille auf die Netzhaut (verg. Sehvorgang). Hier finden sich 3 verschiedene Sorten von farbempfindlichen Strukturen (Farbrezeptoren), die sogenannten Zapfen (siehe auch unter Netzhaut auf der Seite Bestandteile des Auges). Jeder dieser Zapfen hat eine besondere Empfindlichkeit für bestimmte Farbbereiche. Eher aus geschichtlichen Gründen und als Hinweis auf den Bereich, in dem sie (u.a.) empfindlich sind spricht man von Rot- Grün- und Blauzapfen.

Empfindlichkeitsbereich der Farbrezeptoren

Eigentlich sind es aber Zapfen, die für die verschiedenen Wellenlängenbereiche (lang-, mittel- und kurzwellenlängensensitiv) mehr oder weniger empfindlich sind und deren Empfindlichkeitsbereiche sich auch überlappen (s. Grafik). Sie haben nur in einem bestimmten Bereich eine besondere Empfindlichkeit (Absorptionsmaximum). Um die Verwirrung noch zu verstärken, erkennt z.B. der sogenannte Rotzapfen zwar besonders gut rot, ist aber am empfindlichsten im Bereich des gelben Lichtes Die Zapfen in der Netzhaut werden entsprechend der in dem Licht enthaltenden Farbbestandteile mehr oder weniger angeregt und durch eine chemische Reaktion entsteht ein elektrischer Impuls, der zunächst in der Netzhaut verarbeitet (einer Farbempfindung zugeordnet) und dann an das Gehirn weitergegeben wird, wo weitere “Analysen” stattfinden. Dies bedeutet an einem Beispiel: Ist ein Gegenstand z.B. Gelb, werden durch das einfallende Licht in das Auge rot-empfindliche Zapfen und grün-empfindliche Zapfen erregt, da beide auch den gelben Bereich abdecken.. Handelt es sich mehr um ein Orange, d.h. um ein rötliches Gelb werden rot-empfindliche Zapfen mehr und grünempfindliche Zapfen weniger stark erregt.

Erstmals wurden diese Phänomene in der sogenannten Drei-Farben-Theorie, nach den entdeckenden Wissenschaftlern Young-Helmholtz- Theorie genannt, beschrieben. Sie erklärt jedoch nicht alle Phänomene des Farbensehens, da im weiteren Verlauf der Signalverarbeitung in der Netzhaut und dem Gehirn noch andere Unterscheidungen getroffen werden (z.B. Heringsche- Gegenfarbentheorie = Vier-Farben-Theorie). Diese Theorien sind allerdings entstanden bevor man über die Signalverarbeitung in der Netzhaut und dann im Gehirn mehr wußte, waren aber vom Grundverständnis sehr hilfreich. Man konnte sich anschließend auf die Suche nach diesen zunächst nur theoretisch bestehenden Rezeptoren machen.

Heute weiß man zum Beispiel, daß immer die Information aus mehreren Zapfen zusammengefaßt und dann weitergeleitet wird (sogenannte rezeptive Felder) und auch, daß ein Zapfen allein gar keine genaue “Angabe” über die Farbe machen kann, sondern nur die Informationen mehrerer unterschiedlicher Zapfen durch Zusammenfassung in der Nervenfaserschicht der Netzhaut erst die exakte Aussage über die Farbe ergeben kann. Die Verteilung der Zapfen in der Netzhaut ist auch sehr unterschiedlich. Im Punkt des schärfsten Sehens befinden sich nur Rot- und Grünzapfen. Die Blauzapfen sind nur im äußeren Bereich der Netzhaut vorhanden. Letztere machen auch nur 9% aller Zapfen aus und trotzdem nehmen wir Blautöne gut wahr, was zeigt, daß hier in der Netzhaut eine Verstärkung/Nachbearbeitung des Eindrucks geschehen muß. Rotzapfen kommen etwa doppelt so häufig wie Grünzapfen vor und trotzdem können wir vor allem im Grünbereich die meisten Nuancen unterscheiden. Insgesamt ist dies Materie sehr komplex und lässt sich leider auf dieser Seite nur angedeutet wiedergeben.

Warum müssen wir überhaupt farbig sehen ?

Viele Tiere können keine Farben erkennen oder nur deutlich weniger als wir. Die Evolution hat es “halt gut mit uns gemeint” und uns so ermöglicht Blätter leichter von Blüten oder Früchten zu unterscheiden. Mit einem reinen Schwarzweiß-Sehen ist dies kaum möglich. So wurde unser Überleben und die Nahrungssuche und -unterscheidung in den Anfängen der Menschheitsgeschichte deutlich erleichtert. Vergleiche auch die Entwicklungsgeschichte der Augen im Tierreich.

Blüte

Wie kommt es zu Farbsehstörungen und Farbenblindheit ?

Irrtümer beim Erkennen einer Farbe können viele Ursachen haben:

Bei den optischen Täuschungen, wird die Tatsache ausgenutzt, daß im Gehirn immer Entscheidungen vor allem bei unterschiedlichen nebeneinander gelegenen Farben getroffen werden müssen. Hier werden dann bewußt schwierige Grenzsituationen geschaffen, bei denen das Gehirn falsch entscheidet. Ein Irrtum ist es z.B. auch, daß uns Schnee- flocken weiß erscheinen. Genaugenommen sind sowohl die darin enthaltenen Eiskristalle durchsichtig (siehe unten), wie auch die enthaltene Luft. Durch die unendlichen Reflexionen zwischen den zahlreichen Grenzflächen Eis zu Luft kommt es nicht zu dem prismatischen Effekt wie beim Regentropfen, sondern es bleibt einfach ein diffuses Weiß.

Scheekristall

Befinden sich Trübungen im optischen Apparat des Auges, z.B. in der Linse beim grauen Star oder in der Hornhaut beim Glaukomanfall (plötzlicher hoher Druck beim grünen Star schädigt die Hornhaut), kommt das Licht schon farbverfälscht in das Auge.

Beim grauen Star im Alter mit seiner häufig gelblichen Verfärbung der Linse ist alles gelbstichig. Ältere Menschen bevorzugen daher häufig kräftige Blautöne, damit sie das Blau überhaupt durch die gelbliche Linse gut erkennen können. Umso erstaunter sind sie, wenn sie plötzlich die Farben nach der Operation des Grauen Stars wieder klar erkennen können. Hier muß erst wieder ein Gewöhnungsprozeß erfolgen und gar nicht mal so selten werden die Farben anfänglich sogar als unnatürlich (blaustichig oder zu grell) erlebt. Auch für einige bekannte Maler der Geschichte ist durch ihre fortschreitende Augenerkrankung erklärbar, warum sie plötzlich das Farbspektrum ihrer Bilder wechselten. Erschwert werden diese Farbänderungen noch durch die Tatsache, daß das menschliche Sehsystem nicht völlig farbkonstant ist. Das Wissen um die Farbe von Objekten beeinflusst unsere Farbwahrnehmung. Wir "sehen" dann eine bestimmte Farbe so wie wir es gelernt haben.

Bei sehr hohem Druck im Auge (Glaukomanfall) und einer daraus resultierenden Schwellung der Hornhaut (Hornhautödem) sieht man Kreise in Regenbogenfarben um Lichtquellen

Im Laufe des Lebens erworbene Farbsehstörungen haben - ausser den eben erwähnten Trübungen - meist mit Medikamenten (Anreicherung in Netzhaut oder Sehnerv bei längerer Einnahme oder Durchblutungsveränderungen der Netzhaut -> Blaustichiges Sehen unter Viagra), Vergiftungen, Drogen) oder Erkrankungen des Sehnervens zu tun.

Beim “Redout” bzw. der “Blickröte”sieht man alles rot, weil einem durch extreme Beschleunigung zu viel Blut in den Kopf steigt. Dies ist das Gegenteil vom “Blackout” wo alles schwarz wird, weil einem das Blut in den Beinen versackt.

Am bekanntesten und häufigsten sind angeborene Farbsehstörungen, die sogenannte Farbenblindheit. Hier sind eine oder mehrere Rezeptorsorten weniger empfindlich (Farbschwäche) oder garnicht funktionsfähig (Farbenblindheit). Aufgrund einer Vererbung über die Geschlechtschromosomen (x-chromosomal rezessiv) sind 7,5% der Männer und nur 0,25-0,5% der Frauen von einer Farbschwäche oder Farbenblindheit für Rot oder Grün betroffen. (Anmerkung für weibliche Leser: Viele Männer, die immer so schreckliche Farbkombinationen wählen, haben einfach ein Farbsehproblem und leiden nicht zwangsläufig an schlechtem Geschmack !) Am häufigsten ist die Schwäche des Grünsehens. Bei der Farbschwäche für Grün nehmen wir leichte Grünanteile in einer Farbe nicht wahr und es kommt zu falschen Farbvorstellungen. Knalliges Grün wird aber erkannt. Bei der Farbenblindheit im Grünbereich z.B. erkennt man gar kein Grün, sondern verwechselt dieses mit Farben ähnlicher Helligkeit oder nimmt bei Farben mit Grünanteil nur die restliche Farbe wahr.

Grünblindheit aus Fotolia_46588914 Rotblindheit aus Fotolia_46589031

Das Ausmaß der Farbstörung kann mit speziellem Tests und Geräten bestimmt werden. Bei einigen Berufen ist dies ein Einstellungshindernis. Bestimmte Führerscheine dürfen je nach Ausmaß nicht gemacht werden (s.a. unter Autofahren und Auge).

Auch im Alltag gibt es für Farbblinde erstaunliche Tücken. So fällt die Unterscheidung der leicht rötlichen 5-Centmünzen und der eher gelblichen 20-Centmünzen Personen mit Defekten im Rot-Grünsehen ausgesprochen schwer. Das die Industrie solche Probleme inzwischen auch berücksichtigt, zeigtdie Bearbeitung des Kartenmaterials für Navigationsgeräte der Firma Navigon. Hier gibt es eine Version für Rot/Grün-Schwächen.

Schöne Beispielsbilder zur Farbenblindheit mit der Möglichkeit mittels Regler zwischen dem Normalbefund und der Fehlsichtigkeit hin und her zu schalten, finden sich auf einer Unterseite von Spiegel-online. und auf https://www.lenstore.de/vc/farbwechsel/.

Eine absolute Farbenblindheit, d.h. es werden nur Grautöne erkannt, liegt bei der Achromatopsie vor. Sie ist angeboren und bei kompletter Ausprägung werden keinerlei Farben erkannt, da die Zapfen (Rezeptoren für Farben) nicht arbeiten. Die Welt existiert für die Betroffenen nur in Grautönen. Sozusagen wie Schwarz- weiß-Fernsehen. Es sind in Deutschland 3-4 Tausend Personen davon betroffen (s.auch www.achromatopsie.de).

Welche Bedeutung haben die verschiedenen Farben für die Optik ?

Wie wir oben gesehen haben, wird Licht unterschiedlicher Wellenlängen/Farben verschieden stark abgelenkt/gebrochen, wenn es von einem Medium (z.B. Luft) in ein anderes Medium (z.B. Glas) tritt. Dies bedeutet, daß Linsen, die das Licht ja brechen müssen, um es auf einen Punkt zu fokussieren, die unterschiedlichen Wellenlängen auch unterschiedlich stark brechen. Für die Linse des Auges bedeutet dies, daß sie nur auf eine Farbe genau scharf stellen kann. Kombinationen von Farben, deren Wellenlängen stark unterschiedlich sind, werden daher als unangenehm empfunden.

Vor allem im Randbereich von Linsen kommt es zu starken prismatischen Nebenwirkungen, d.h. die unterschiedliche Brechung ist - so wie beim Prisma - noch stärker als normal und man sieht “Farbsäume”, d.h. regenbogenartige Ränder um Gegenstände. Dies ist vor allem von Bedeutung in der Photographie bei einfacheren Objektiven und bei sehr dünnen Brillengläsern. Dieses Phänomen der Abbildungsfehler von Linsen heißt mit Fachausdruck “Chromatische Aberration ”.

Auch im menschlichen Auge gibt es diese Abbildungsfehler. Sie kommen jedoch kaum zum Tragen, wenn die Pupille nicht extrem d.h. unnatürlich weit ist. Bis zu einem gewissen Maß werden sie auch vom Sehzentrum “glattgebügelt”. Bei der Planung von laserchirurgischen Eingriffen zur Korrektur von Sehfehlern muß dies jedoch teilweise berücksichtigt werden.

Können Farben die Gefühle beeinflussen ?

Auf jeden Fall. Schon im Tierreich beeinflussen “Hochzeitsfarben” im Gefieder den Fortpflanzungstrieb und Farbmuster im Rachen des aufgesperrten Schnabels eines Jungtieres den Fütterungstrieb des Elterntieres. Genauso wie wir durch Lernen - wie oben beschrieben - einem Farbeindruck einen Namen zuordnen können, empfinden wir bei Farben unterschiedlich. Man denke an “depressionsauslösendes” Grau, an die als “kalt” empfundenen Farben blau-grün und die “warmen” Rot-Braun-Töne. Rot selbst bedeutet wiederum Blut, Ge- fahr etc. und regt eher an, versetzt in Alarmstimmung. Diese Zuordnung ist jedoch erlernt und beruht auf Erfahrungen, die wir mit dieser Farbe gemacht haben. Ein effektiver Einfluß der Farbe auf unsere Gefühle ist natürlich nicht da. Dies sieht man schon an der unterschiedlichen Bedeutung von Farben in verschiedenen Kulturen. Wir verbinden bloß emotional eine Farbe mit bestimmten Stimmungen. In der Psychologie gibt es sogenannte Farbwahlkarten, mit denen man die momentane gefühlsmäßige Stimmung analysieren kann. Diese Zusammenhänge sind auch schon längst in Zitaten (z.B. chinesisch 300 vor Christi) überliefert: "Die Natur des Auges ist es, die Farben zu lieben; aber wenn das Herz nicht heiter ist, so mögen alle fünf Farben vor Augen sein, und man sieht sie nicht." Über die Bedeutung von Helligkeit an sich und den Einfluß der Lichtfarbe auf das Aktivitätsniveau und den Tag-Nachtrhythmus wiederum, vergleiche auch die Seite: Bedeutung des Lichtes, denn keine Wirkung auf uns haben Farben auch nicht.

Umgekehrt funktioniert das natürlich auch. Die “Leichenblässe” und das “Erröten” zeigen unsere Gefühlswelt und führen zu entsprechenden Reaktionen. Besonders deutlich drückt in der Tierwelt das Chamäleon seine Stimmung aus. Beispiele für farbsymbolische Bezeichnungen aus dem Alltag sind: “Ins Blaue fahren, sich schwarz ärgern, Gelb vor Neid werden, Rot sehen, etwas durch eine rosarote Brille sehen, Gold in der Kehle haben, einen Silberblick haben, eine weiße Weste tragen,noch grün hinter den Ohren sein”. Vergleiche auch den Absatz über die Farbtemperatur auf der Seite Blendungsprobleme.

Träumen wir farbig oder schwarz-weiß ?

Soweit Farben in unseren Träumen überhaupt eine Rolle spielen, träumen wir selbstverständlich farbig, da wir in unseren Träumen ja Gelebtes verarbeiten. Zu Zeiten des reinen Schwarz-Weiß-Fernsehens, konnte man - auf genaues Befragen - jedoch Personen finden, die nach langem Fernsehkonsum auch schwarz- weiße Träume hatten.

Kann man Farben hören ?

Ja ! Zumindest trifft das auf einen von tausend Menschen zu. Bei diesen werden Sinneseindrücke wie Hören oder Sehen im Gehirn so verarbeitet, daß zusätzlich andere Sinnesempfindungen entstehen. Sie sind sozu- sagen gedanklich (assoziativ) verbunden. Manche Neurologen beschreiben es drastisch als “Kurzschluß im Kopf” Der Fachausdruck dafür heißt Synästhesie. Er kommt aus dem Griechischen und bedeutet gleich- zeitiges Wahrnehmen verschiedener Sinneseindrücke. Daher werden dabei z.B. beim Musikhören gleichzeitig Farben gesehen, oder jede Farbe hat einen bestimmten Klang. Klänge können auch zusätzlich als Formen, also z.B. als Quadrate oder Kreise wahrgenommen werden. Am häufigsten ist die Farb-Ton-Synästhesie. So eine Art Lasershow zur Musik.

Gute Homepages zum Thema Farbe im Internet:

(Stand 04.04.2018)