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Sehen

 

[althochdeutsch sehan, eigentlich »mit den Augen verfolgen«], das Wahrnehmen der in optischen Reizen enthaltenen Information über die Umgebung, einschließlich der daraus folgenden Bedeutung für das Handeln, und zwar mittels eines besonderen visuellen Systems. Die Leistungsfähigkeit eines solchen Systems hängt primär von dessen Vermögen ab, die physikalischen Eigenschaften optischer Signale, wie Intensität und Wellenlänge, zu analysieren und als Helligkeit beziehungsweise Farbe den Objekten zuzuordnen, von denen sie ausgehen. Eine räumliche Zuordnung ermöglichen abbildende optische Systeme, indem sie realitätsgerechte Abbildungen von Objekten erzeugen, worunter zu verstehen ist, dass jeder Punkt eines Bildes in eindeutiger Weise einem bestimmten Bereich eines Objekts zugeordnet werden kann. Bei vielen Tieren und insbesondere beim Menschen erbringt diese Leistung neben anderen für das Sehen wichtigen Leistungen das Linsenauge (Auge). - Unter Sehen soll im Weiteren die Wahrnehmung mittels eines visuellen Systems verstanden werden, das als wesentliches Organ auch das Auge umfasst, mit besonderem Bezug auf den Menschen.

 

Das Sehen ist, auch bei einfach scheinenden Wahrnehmungsaufgaben, ein außerordentlich komplizierter Komplex von Informationsverarbeitungsprozessen, die von der vergleichsweise einfachen optischen Abbildung durch das dioptrische System des Auges über die Umwandlung der optischen Reize in Aktionspotenziale in der Netzhaut und die Weiterleitung der Erregung über den Sehnerv in die Großhirnrinde (visueller Cortex, Sehrinde) des Gehirns bis zu Bewusstseins- und Kognitionsprozessen reichen, zusätzlich kompliziert durch die paarige Anordnung der Augen und deren Kooperation beim Vorgang des Sehens. Infolgedessen reichen auch die Methoden, mit denen die visuelle Wahrnehmung erforscht wird, von den physikalischen und photochemischen über die sinnes- und neurophysiologischen bis zu denen der Gehirnforschung und Psychologie sowie Informationstheorie und Informatik; Letztere steuern Modelle für die Prozesse der Wahrnehmung bei, während sie ihrerseits von physiologischen Erkenntnissen für den Entwurf neuer Strukturen profitieren. Wichtig ist dabei, dass der handlungsbezogene Prozess des »Verstehens« und Erkennens bereits in den Nervenzellen des Auges beginnt. Während die physikalischen sowie sinnes- und neurophysiologischen Vorgänge bei der visuellen Wahrnehmung weitgehend aufgeklärt sind und bis in den visuellen Cortex verfolgt werden können, ist deren Umsetzung in Handlungsabläufe und Prozesse des Bewusstwerdens, des Erkennens und Verstehens noch weitgehend unverstanden.

 

Der Begriff des Sehens beinhaltet eine Vielzahl verschiedener Wahrnehmungsweisen, für die die Umgangssprache eigene Bezeichnungen geprägt hat, wie »Schauen«, »Blicken«, »Betrachten« und »Beobachten«. Sehen ist grundsätzlich nicht nur das bloße fotografische Registrieren, sondern vielmehr ein mehr oder weniger aktives »Abtasten« der visuellen Umwelt, bei dem insbesondere die Augen- und Kopfbewegungen eine wichtige Rolle spielen. Dem entspricht, dass die beiden elementaren Empfindungsqualitäten des Sehens, Hell-Dunkel- sowie Farbkontraste, bereits nach wenigen Sekunden verblassen, wenn ein Bild mithilfe eines geeigneten optischen Systems so auf der Netzhaut fixiert wird, dass es ständig auf dieselbe Stelle fällt. Es verschwinden dann Farben und Konturen, sodass wirklich visuell nichts mehr wahrgenommen wird. Man kann einen solchen Effekt näherungsweise selbst herbeiführen, indem man versucht, gänzlich ohne Augen- und Kopfbewegung zu blicken: Wenn die Immobilität des Blicks gelingt, entsteht der verwirrende Eindruck, dass das Bild vor den Augen zerfließt.

 

Anfängliche Versuche zur Aufklärung des Sehens gingen von der Vorstellung aus, der ganze Vorgang lasse sich in einzelne, relativ einfache Teile zerlegen, die getrennt untersucht und dann zur Erklärung des Gesamtkomplexes zusammengesetzt werden könnten. Man gelangte so zwar zum Verständnis wichtiger Elementarprozesse wie Farbensehen, Bewegungssehen und Raumwahrnehmung, nicht jedoch zu einer Aufklärung der Einbettung des Sehvorgangs in handlungsbezogene, kognitive und motivationale Prozesse. Inzwischen herrscht die Überzeugung vor, dass der Sehvorgang, ebenso wie andere Formen der Wahrnehmung, nicht vom Gesamtkomplex handlungsbezogener Informationsverarbeitung zu trennen ist. Entsprechend finden in den Untersuchungen seit geraumer Zeit Beziehungen zwischen der visuellen Wahrnehmung und dem Handeln stärkere Berücksichtigung.

 

 Physiologie

 

Das Auge erzeugt mittels seines dioptrischen Apparats - Hornhaut, Augenkammern, Iris, Linse und Glaskörper - auf der Netzhaut ein verkleinertes und umgekehrtes reelles Bild des betrachteten Gegenstands, der zwischen Nahpunkt und Fernpunkt liegen muss, um scharf abgebildet zu werden. Dass bereits das Auge mehr als bloß ein passiver Registrierapparat ist, zeigt sich darin, dass es sich auf verschiedene Qualitäten der in seinem Gesichtsfeld wahrgenommenen Gegenstände einstellen kann, und zwar durch Adaptation und die Pupillenreaktion auf Helligkeiten, durch die Akkommodation auf Entfernungen und durch die Augenbewegung mittels der äußeren Augenmuskeln (Blickmotorik) auf Winkelpositionen (links-rechts, oben-unten), gegebenenfalls unterstützt durch Kopf- und Körperbewegungen. Pupillenreaktion, Akkommodation sowie Augen-, Kopf- und Körperbewegung können, in unterschiedlichem Grad, sowohl außengesteuert, d. h. durch äußere Reize bedingt, erfolgen als auch innengesteuert, und hier sowohl willkürlich als auch unwillkürlich (z. B. aufgrund von Intentionen oder von Befindlichkeiten). Dabei gibt es offenbar eine Verschränkung motorischer und sensorischer Mechanismen, und es scheint klar, dass es eine Verrechnung zwischen efferenten motorischen Kommandos z. B. für die Augen- und Kopfbewegungen mit afferenten visuellen Signalen aus der Netzhaut geben muss, bei der je nach Umständen auch andere Sinne, z. B. der Hörsinn und, durch Propriorezeptoren, die Tiefensensibilität, mitwirken können. Für die gemeinsame Bewegung beider Augen kann man prinzipiell drei verschiedene Programme unterscheiden: konjugierte Bewegungen, d. h. gleichsinnige, z. B. nach links oder oben; Vergenzbewegungen, d. h. gegensinnige, bei denen sich der Winkel ändert, unter dem die Sehachsen der beiden Augen sich schneiden, wenn die Fixierung von fernen Gegenständen auf nahe wechselt (Konvergenz) und umgekehrt (Divergenz); zyklorotatorische Bewegungen treten bei seitlicher Neigung des Kopfes auf. Je nach Erfordernis werden diese Programme und die entsprechenden Bewegungen auch kombiniert. Die Vergenzbewegungen sind normalerweise (nicht z. B. beim willkürlichen Schielen) mit der Akkommodation verkoppelt. Bei den konjugierten Augenbewegungen lassen sich nach der Art des Bewegungsablaufs v. a. gleitende, eher langsame Augenfolgebewegungen von raschen Rucken (Saccaden) unterscheiden, die von einem Fixationspunkt zum nächsten gehen, mit Fixationsdauern zwischen etwa 0,15 und 2 Sekunden. Die Schrittweite der Saccaden reicht von wenigen Winkelminuten (Mikrosaccaden) bis zu vielen Grad, die entsprechende Geschwindigkeit von etwa 200 bis zu etwa 600 Grad je Sekunde. Aber auch in den Fixationspunkten stehen die Augen nicht wirklich still, sondern bewegen sich ständig um wenige Winkelminuten (Augentremor). Beim freien Umherblicken in einer vielgestaltig strukturierten Umgebung treten alle Arten von Augenbewegung, einschließlich der Vergenzbewegungen, auf. Die Blickmotorik von Augen und Kopf spielt nicht nur bei der Wahrnehmung von Konturen, Hell-Dunkel- und Farbkonstrasten eine wichtige Rolle, sondern auch beim Erkennen von Bewegungen und räumlicher Tiefe. Dass sowohl durch tatsächliche Bewegungen der betrachteten Gegenstände als auch durch die Körper- und Augenbewegungen des Betrachters die Bilder auf der Netzhaut verschoben werden, lässt die Konstanzphänomene bei der visuellen Wahrnehmung umso bemerkenswerter scheinen.

 

Die Verarbeitung der Information, die in den auf den Augenhintergrund projizierten Bildern enthalten ist, beginnt bereits in den durch synaptischen Kontakte miteinander vernetzten Schichten der Netzhautnerven, ausgelöst durch die Absorption von Lichtquanten (Photonen) durch die Sehfarbstoffe der Photorezeptoren. Von den Photorezeptoren, den eigentlichen Lichtsinneszellen, gibt es zwei Arten, die als Zapfen und als Stäbchen bezeichnet werden und die zusammen die in Richtung des Lichteinfalls unterste Schicht der Netzhautnerven bilden. In den darüber liegenden Schichten der Netzhaut folgen zunächst die Horizontalzellen, die Bipolarzellen und die Amakrine. Die oberste Schicht bilden die Ganglienzellen, deren Axone (beim Menschen etwa 1 Mio.) innerhalb der Netzhaut zur Papille (blinder Fleck) ziehen und an dieser Stelle als Sehnerv aus dem Auge treten; sie übertragen über zentrale Schaltstellen die visuelle Information in das Gehirn. Der Sehnerv des linken und der des rechten Auges vereinigen sich an der Schädelbasis zur Sehnervenkreuzung (Chiasma opticum), von wo die aus den nasenseitigen Netzhauthälften stammenden Nervenfasern zur Gegenseite des Kopfes kreuzen. Die aus den schläfenseitigen Netzhauthälften stammenden Nervenfasern bleiben auf der Seite des jeweiligen Auges und verlaufen zusammen mit den Fasern aus der nasenseitigen Hälfte des jeweils anderen Auges zu den ersten zentralen Schaltstellen der Sehbahn, dem rechten beziehungsweise linken Kniekörper (Corpus geniculatum laterale), sodass die Information aus der rechten Gesichtsfeldhälfte über den linken Kniekörper läuft, die aus der linken Gesichtsfeldhälfte über den rechten. Die Axone der Kniekörperzellen bilden den letzten Teil der Sehbahn. Sie verlaufen, als »Sehstrahlung« bezeichnet, auf der Seite des jeweiligen Kniekörpers zum primären visuellen Cortex (primäre Sehrinde) im Hinterhauptlappen der entsprechenden Hemisphäre des Gehirns.

 

Eine Netzhautganglienzelle ist in der Regel mit mehreren Bipolarzellen verbunden und über diese direkt oder, mittels der Amakrinen und Horizontalzellen, indirekt mit einer größeren Zahl von Rezeptorzellen. Der hierdurch zustande kommenden Signalkonvergenz auf die Ganglienzellen entspricht deren (im Vergleich mit der Zahl der Rezeptorzellen) geringe Zahl (Verhältnis etwa 1 : 125). Dennoch gibt es im Nervennetz der Netzhaut auch Signaldivergenz, d. h. Verbindungen je einer Rezeptorzelle mit mehreren Bipolarzellen. Signalkonvergenz und -divergenz bilden die Grundlage der so genannten rezeptiven Felder der Netzhautganglienzellen, d. h. solcher Bereiche der Netzhaut, von denen aus durch geeignete visuelle Reizung einer Ganglienzelle erregt oder gehemmt werden kann. Ein wichtiges Prinzip ist dabei das der lateralen Inhibition (Hemmung), d. h. die Ausbildung einer Hemmzone um eine maximal erregte Nervenzelle. Entsprechende, zum Teil komplexer organisierte rezeptive Felder gibt es bis in den visuellen Cortex, der im Übrigen eine (nichtlineare) Punkt-zu-Punkt-Beziehung mit der Netzhaut hat. Rezeptive Felder und laterale Inhibition sind wichtige Grundlagen des Wahrnehmens von Simultankontrasten, d. h. von Hell-Dunkel- und Farbgrenzen. Auf der Wahrnehmung von Kontrasten beruht u. a. die Korrektion der (ziemlich großen) Abbildungsfehler des dioptrischen Apparats des Auges und insbesondere auf der von Farbkontrasten die Gegenfarbentheorie des Farbensehens. Auch das Erkennen einfacher Strukturen, ihrer Orientierung und Bewegung ist eng hiermit verbunden. Die Fusion der beiden mit zwei Augen aufgenommenen, aufgrund der verschiedenen Augenposition geringfügig unterschiedliche Bilder, d. h. deren Verschaltung zu einer einheitlichen Wahrnehmung, auf der das binokulare räumliche Sehen beruht, geschieht erst im visuellen Cortex, dessen beide Teile durch Axone miteinander verbunden sind.

 

 Psychologie

 

Das Sehen ist Gegenstand der Psychologie mit Bezug auf die Gesamtleistungen, die sich aus dem Zusammenwirken von Vorgängen der visuellen Informationsverarbeitung im Gehirn ergeben. Das betrifft das subjektive Abbild der Realität in der visuellen Wahrnehmung und Leistungen der aktiven Orientierung in der Umgebung im Dienste der Handlungsorganisation, unter Einschluss der Bewegungskoordination. Mit dieser Ausrichtung setzt die Psychologie u. a. den Maßstab für die Integration von Einzelbefunden, die beim Studium der Hirntätigkeit am neuralen Substrat erhoben werden, und sie schafft Grundlagen für praktische Anwendungen etwa bei der Gestaltung von Arbeitsprozessen, z. B. im Mensch-Computer-Verbund. Ein Ausgangspunkt für die Formulierung psychologischer Gesetzmäßigkeiten sind Beschreibungen des Gesehenen bezogen auf die auslösenden Reizbedingungen am Sehorgan, die in Form von Messungen präzisierbar sind. Einfache Illustrationen hierfür liefern optische Täuschungen. Für eine Reihe von ihnen gibt es Belege dafür, dass sie durch Mechanismen bedingt sind, die im Normalfall gerade für realitätsgerechte Wahrnehmung sorgen (z. B. perspektiv. Täuschungen). Generell gilt, dass die visuelle Wahrnehmung durch den Reizkontext beeinflusst wird. Ein helles Objekt sieht z. B. vor schwarzem Hintergrund heller aus als vor grauem (Flächenkontrast); die gleiche Strecke erscheint zwischen nach außen zeigenden Winkeln länger als zwischen nach innen zeigenden (Müller-Lyer-Täuschung).

 

Ausgehend von angemessenen Phänomenbeschreibungen sind unter Einbeziehung weiterer (z. B. zeitlicher) Charakteristika Theorien der räumlichen Wahrnehmung konstruiert worden. Weit ausgebaute Theorieansätze existieren für Teilgebiete, etwa im Bereich der Farbwahrnehmung. Für Farben wurden nicht nur Metriken der subjektiven Ähnlichkeit bestimmt, sondern es wurde darüber hinaus eine weitgehende Deckung zwischen Eigenschaften, die aus psychologischen Beobachtungen abgeleitet sind, und Stufen der Reizverarbeitung im Auge sowie in nachgeordneten Hirnzentren erreicht. Besondere Bedeutung als Exerzierfelder für umfassende Theorieansätze erlangten Figural- und Bewegungswahrnehmung. Wesentliche historische Beiträge leistete die Gestaltpsychologie, die die Ganzheitlichkeit der Wahrnehmung in den Mittelpunkt rückte. Gängigstes Beispiel ist die Wahrnehmung einer Melodie, die mehr ist als die »Summe ihrer Teile« (die enthaltenen Töne) und deren Gestaltqualität - eben als Melodie - bei Tonartänderung erhalten bleibt. Im gleichen Sinne wurden visuelle Strukturen von der Gestaltpsychologie als Gestalten betrachtet und von M. Wertheimer zur Formulierung von Gliederungsgesetzen (Gestaltgesetze) benutzt. Als übergeordnete Regel gilt das Prägnanzprinzip oder »Gesetz der guten Gestalt«, wonach unter verschiedenen Gliederungsmöglichkeiten immer die jeweils einfachste bevorzugt wird. Für komplexe Figuren wurde diese Beschreibung durch den modernen Ansatz der strukturellen Informationstheorie präzisiert, der das Prägnanzprinzip als Minimalisierung des strukturellen Informationsgehalts beschreibt. Großen Einfluss auf die Entwicklung der modernen Wahrnehmungsforschung hatte James Jerome Gibsons Entdeckung von Reizeigenschaften höherer Ordnung in der visuell zugänglichen Umgebung, an die das Sehen phylogenetisch angepasst ist. Beispiele sind stetige Texturveränderungen im retinalen Abbild in Abhängigkeit vom Abstand zugehöriger Umgebungsbereiche vom Beobachter und Unstetigkeiten, die das Aneinanderstoßen unterschiedlich geneigter Flächen anzeigen. Obwohl Gibsons Annahme einer nicht durch Verarbeitungsstufen vermittelten »direkten« Wahrnehmung in ihrer ursprünglichen Form sicher nicht zu halten ist, bestätigen neuronale Netzwerkmodelle die Vorstellung einer hochgradig parallelen Verarbeitung, innerhalb deren Invarianzeigenschaften der Umgebung (Konstanzphänomene) die Rolle von fundamentalen Bindungen (englisch constraints) spielen. In der aktuellen Forschung, in der Probleme der zeitlichen und räumlichen Dynamik dominieren, wird grob zwischen raschen, hochgradig automatisierten Primärvorgängen und hierauf aufbauenden langsameren, stark kognitiv-zielorientierten Prozessen unterschieden. Zu den erstgenannten gehören Vorgänge der Entstehung von Wahrnehmungen im engeren Sinn (Aktualgenese) und auf früher Stufe wirkende Kanalisierungen der Verarbeitung durch vorangegangene Aktivierung (Priming). Zum zweiten Bereich sind Erkennungsvorgänge zu rechnen, die den Kontakt zu begrifflichem Wissen und langfristig gespeicherten Charakteristiken von Handlungsanforderungen herstellen. Wie Analysen aufgrund von Zeitmessungen zeigen, sind Letztere oft mehrstufig und schließen Kaskaden von Such- und Entscheidungsschritten ein. Zwischen diesen Zeitebenen liegen Suchvorgänge der visuellen Aufmerksamkeit, die uns z. B. das Auffinden von Objekten mit bekannten Eigenschaften in der Umgebung ermöglichen. Obwohl seit Beginn der experimentalpsychologischen Forschung im 19. Jahrhundert intensiv betrieben, gibt die psychologische Erforschung des Sehens noch viele Rätsel auf und ist voller Probleme, deren Bearbeitung noch weitgehend am Anfang steht. Hierzu gehört die schon von G. T. Fechner 1860 aufgeworfene, heute wieder hochaktuelle Frage, wann Wahrnehmungsvorgänge von bewussten Eindrücken begleitet sind und wann nicht, oder der scheinbare Widerspruch zwischen extrem genauer zeitlicher Koordination von Teilleistungen des Sehens und »Verrauschtheit« messbarer neuronaler Signale, dessen Auflösung von Erkenntnissen über die chaotische Dynamik neuronaler Netze erhofft wird. Eine Quelle neuer Probleme und Denkanstöße stellt der Nachweis getrennter neuraler Trägerschaft für bisher als zusammengehörig betrachtete Teilvorgänge dar, z. B. der zuerst durch Befunde der Neuropsychologie nahegelegte Sachverhalt, dass bei der Steuerung willkürmotorischer Vorgänge andere Information als die in der visuellen Wahrnehmung bewusst werdende genutzt wird.

 

 

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie v. a. auch in den folgenden Artikeln:

 

Auge · Gehirn · Nervengewebe · optische Täuschungen · Psychophysik · Sinnesfunktionen · Sinnesorgane · stereoskopisches Sehen · stroboskopisches Sehen · Wahrnehmung

 

Literatur:

 

I. Rock: Wahrnehmung. Vom visuellen Reiz zum S. u. Erkennen (a. d. Engl., 1985);

 

Grundr. der Neurophysiologie, hg. v. Robert F. Schmidt (⁶1987);

 

Wahrnehmung u. visuelles System, Einf. v. M. Ritter (²1987);

 R. Guski: Wahrnehmung. Eine Einf. in die Psychologie der menschl. Informationsaufnahme (1989);

 D. H. Hubel: Auge u. Gehirn. Neurobiologie des S. (a. d. Amerikan., ²1990);

 V. Bruce u. a.: Visual perception (Hove ³1996);

 E. B. Goldstein: Wahrnehmungspsychologie. Eine Einf. (a. d. Amerikan., 1997).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

 

Wahrnehmungen sind Konstanzleistungen

 

Sehen: Die Umgebung wird im Auge abgebildet

 

Augen und Gehirn

 

Farbensehen beim Menschen

 

Sehen,

 

eine Leistung des Lichtsinns. Dieser zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, dass sich Organismen mithilfe der meist im Kopf lokalisierten Lichtsinnesorgane (Augen) in der Umwelt orientieren können.

 

Die Augen des Menschen können elektromagnetische Schwingungen im Wellenlängenbereich von 400-700 nm als Licht wahrnehmen. Auf der lichtempfindlichen Netzhaut (Retina) des Auges entwirft der aus Hornhaut, Augenkammerwasser, Linse und Glaskörper bestehende lichtbrechende Apparat (dioptrischer Apparat) ein auf dem Kopf stehendes, seitenverkehrtes Bild. Dieses wird durch die Lichtsinneszellen (Sehzellen), die als zentral angeordnete Zapfen (für Tages- und Farbensehen) und als lichtempfindlichere Stäbchen (für das Dämmerungssehen) in der Netzhaut liegen, mithilfe von Farbstoffen (Sehpurpur, Rhodopsin) in Nervenimpulse umgewandelt. Noch in der Netzhaut findet über nervöse Querverknüpfungen eine Informationsverarbeitung statt. Über den Sehnerv werden die Nervenimpulse zum Sehzentrum der Großhirnrinde weitergeleitet, wo die Sehwahrnehmung erfolgt.

 

Die Menge des einfallenden Lichts kann von der Regenbogenhaut (Iris) durch Verkleinern oder Vergrößern der Pupille und durch Vorgänge innerhalb der Netzhaut gesteuert werden (Adaptation).

 

Die scharfe Einstellung des Auges auf verschiedene Entfernungen erfolgt durch Veränderung der Linsenkrümmung (Akkommodation). Auf der Netzhaut ist der Ort des schärfsten Sehens die Sehgrube, die ausschließlich Zapfen trägt. Sie liegt im gelben Fleck. An der Austrittsstelle des Sehnervs, dem blinden Fleck, ist kein Sehen möglich.

 

Bis auf die durchsichtige Hornhaut (Cornea) vorn wird der Augapfel von einer derben Lederhaut (Sclera) umhüllt. Zwischen ihr und der Netzhaut befindet sich die gut durchblutete Aderhaut (Chorioidea), die eine pigmentreiche Bindegewebslage besitzt.