Wie erforscht man, ob ein Tier Farben sehen kann?

      1)      Farbdressur ;(z.B. Bienen, Hunde)
2)      Analyse der Netzhautanatomie (Zapfen und/oder Stäbchen);
3)      Analyse der Sehfarbstoffe (Absorptionsspektrum) 
4)      Vergleich der Empfindlichkeit für bestimmte Farben bei Dämmerung und bei Tag
 

(Theorie des trichromatischen Sehens nach Young/Helmholtz)
 

Es gibt 3 verschiedene Zapfentypen, die jeweils nur für einen bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts empfindlich sind. Durch Verrechnung der Erregungsanteile dieser 3 Rezeptortypen entsteht die Wahrnehmung der vielen Farbnuancen. ---> Additive Farbmischung  

-         Blaurezeptoren blauempfindliche Zapfen - absorbieren im blau-grünen Bereich
-         Grünrezeptoren grünempfindliche Zapfen -  absorbieren im gelb-grünen Bereich
-         Rotrezeptoren rotempfindliche Zapfen -  absorbieren im rot-gelben Bereich
Sinneseindruck:  

weiß

Alle drei Zapfentypen werden gleich stark erregt, da weißes Licht aus allen Spektralfarben ("Regenbogenfarben") zusammengesetzt ist.
--->  "weiß" ist also im physikalischen Sinn keine Farbe, sondern eine subjektive Empfindung!
Beachte: Es gibt ein "Stäbchenweiß" und ein "Zapfenweiß"

blau

 Blaurezeptoren sind allein erregt

grün

 Grünrezeptoren sind allein erregt

gelb

 Grün- und Rotrezeptoren sind gleichzeitig erregt---> Gelbwahrnehmung durch additive Farbmischung, d.h. subjektive Empfindung durch additive Erregungs-Verrechnung

rot

 Rotrezeptoren sind allein erregt;

schwarz

 Kein Rezeptor erregt.
Beliebige Farbnuance, z. B. Braun: Die Zapfentypen sind in einem bestimmten Verhältnis angeregt worden. ---> im Gehirn werden dann die Impulsfrequenzen der drei Zapfentypen zu einem bestimmten Farbeindruck verrechnet: Additive Farbmischung
 
Zusammenfassung: Wie kann man weiß erzeugen?
1)      Stäbchenweiß:  Dämmerung (für Zapfen zu dunkel) --> Stäbchen maximal erregt (blaue Gegenstände!)
2)      Zapfenweiß: Tageslicht a)      weißes Licht (enthält das ganze sichtbare Spektrum --->alle 3 Zapfentypen gleichzeitig erregt)
b)      additive Farbmischung mit 3 Lichtkegeln: rot + grün + blau

c)      additive Farbmischung mit Kreisel: schnelles Nacheinander der Farben wird ab einer bestimmten Geschwindigkeit gleichzeitig gesehen (Verschmelzungsfrequenz)

Komplementärfarben: Auch aus nur 2 Farben lässt  sich additiv der Sinneseindruck weiß erzeugen. Dies beruht darauf, dass sich die Absorptionskurven der 3 Zapfenpigmente überlappen. Eine bestimmte Licht -Wellenlänge kann also zwei Zapfensorten gleichzeitig erregen. Wählt man die zweite Wellenlänge also so, dass auch noch der dritte Zapfentyp erregt wird, dann sind alle 3 Zapfentypen gleichzeitig erregt ---> weiß-Empfindung.
z.B. gelbes Licht erregt Grün- und Rot-Rezeptoren. Zusammen mit blauem Licht entsteht  weiß.
 
Subtraktive Farbmischung: z.B. Mischung von Malfarben oder Übereinanderlegen von Farbfiltern
Beachte: Im Kunstunterricht werden mit den "Grundfarben" blau, gelb und rot subtraktiv alle anderen Farben gemischt. Vermischte Malfarben wirken wie übereinandergelegte Farbfilter: Die reflektierte Mischfarbe entspricht den Lichtanteilen, die von keiner der Malfarben absorbiert werden.
z.B. grüne Folie auf Projektor z.B. grüne Blätter
 
z.B. gelbe und blaue Malfarbe werden subtraktiv zu grün gemischt  (Malfarben sind immer Gemische - sie reflektieren in einem breiteren Spektralbereich, da sie nicht spektralrein sind.


Negative farbige Nachbilder
Experiment:      Man fixiert eine blaue Fläche für ca. 3 Minuten: dann schaut man auf eine weiße Fläche:
Ergebnis:          Man sieht für einige Sekunden ein gelbes Quadrat. Man nimmt ein negatives
                            farbiges Nachbild  wahr, d. h. die Komplementärfarbe.
Deutung: 
Beim Fixieren der blauen Fläche werden an den betreffenden Netzhautstellen (Fovea) nur die Blaurezeptoren erregt, die Rot- und Grünrezeptoren sind dunkeladaptiert, d. h. sie sind nicht erregt und können Sehfarbstoff regenerieren, d. h. empfindlicher werden. Beim Blick auf die weiße Fläche werden nun alle drei Rezeptortypen erregt ---> da aber die Rot- und Grünrezeptoren kurzfristig übererregt sind (Blendung durch Helladaptation) nimmt man subjektiv das Ergebnis der additiven Farbmischung aus rot und grün wahr:  gelb!
 
Farbenblindheit:
a)      totale Farbenblindheit:        Zapfen sind nicht funktionstüchtig (Erbkrankheit)
---> Fovea ist blind; ---> Augen zittern, da man an dem Gegenstand vorbeischauen muss um ihn zu sehen.
---> reines Stäbchensehen, d. h. Schwarz-Weiß-Sehen;
---> bei Tag starke Blendung, da Stäbchen lichtempfindlicher sind; ---> Sonnenbrille;
---> sehr geringe Sehschärfe; Stichwort: Gruppenverschaltung.
 
b)    Rot- Grün-Schwäche:ca. 8 – 10 % der Männer (rezessive X-chromosomale Erbkrankheit)
---> Rot- bzw. Grünrezeptoren sind defekt oder: falsche Verrechnung 

---> die Unterscheidung von Rot- und Grün-Zwischentönen fällt schwer.---> Testtafeln
Beachte: Die Netzhaut-Peripherie ist ebenfalls "farbenblind", der blinde Fleck ist sogar völlig "blind". Davon merken wir nichts, weil wir durch Fixieren alles, was wir scharf sehen wollen in die Fovea projizieren. Außerdem ergänzt das Gehirn die fehlende Information des blinden Flecks durch "Retuschieren" des Bildes mit der Umgebungsfarbe.(siehe Praktikum)

Skizze der Netzhaut

Foto der Netzhaut
 
Fragen:
1) Nach welchem Prinzip arbeitet ein Farbbildschirm: additive oder subtraktive Farbmischung?
2) Wieviel verschiedene Sehfarbstoffe enthält unsere Netzhaut mindestens?
3) Wie muss die Komplementärfarbe zu rot sein? Begründung! 
4) Welche Farbe hat ein grüner Gegenstand unter Rotlicht?
5) Warum haben Straßenbau-Arbeiter orangefarbene Warnanzüge? Nützen sie auch bei Dämmerung?
Lösungsvorschlag:

zurück zu Sehsinn                    zurück zur Skript-Übersicht