Warum wir Farben sehen können

Für die Mehrzahl der Menschen sind Farben ein selbstverständlicher Bestandteil ihres täglichen Lebens. Aber warum können wir überhaupt Farben sehen, und wie funktioniert das? Hunde, Katzen oder Stiere können es nicht, und finden sich offensichtlich trotzdem ganz gut in der Welt zurecht. Dass wir Farben erkennen und unterscheiden können, verschafft uns eine ganze Reihe von Vorteilen, die das Überleben unserer evolutionsgeschichtlichen Vorfahren in freier Wildbahn, aber auch unsere Orientierung in der modernen Zivilisation, erheblich vereinfachen und sicherer machen. Der Vorgang des Farbensehens selbst und die Tatsache, warum wir mit Sicherheit bestimmen können, welche Farbe genau ein Gegenstand hat, ist ein recht aufwändiger Prozess.

Nicht im Auge, im Gehirn entsteht die Farbe

Zunächst einmal muss man feststellen, dass unsere Augen in physikalisch optischer Hinsicht nicht überragend sind. Das Bild unserer Umgebung, das auf die Netzhaut (Retina) projiziert wird, hat keine besonders gute Qualität: Es ist räumlich und farblich verzerrt, recht unscharf und steht auch noch auf dem Kopf. Erst das Gehirn rekonstruiert aus den Informationen der Augen mit Hilfe biochemischer Prozesse und unter Einbeziehung weiterer gespeicherter Informationen ein Bild von unserer Umwelt, wie wir es gewohnt sind und in der wir uns sicher bewegen können. Das heißt übrigens auch, dass jenes farbige Bild, das wir wahrnehmen, unter Zuhilfenahme unseres gespeicherten Wissens, unserer Erfahrung, unseren Interessen und nicht zuletzt unserer persönlichen Stimmung und Befindlichkeit entsteht. Damit wird auch klar, warum zwei Menschen im selben Moment zwar das gleiche sehen, es aber mit großer Wahrscheinlichkeit unterschiedlich wahrnehmen.

Zapfen und Stäbchen

Unsere Augen liefern neben der reinen Projektion auf die Netzhaut noch mehr Informationen, die für das Entstehen eines farbigen Bildes entscheidend sind. Elektromagnetische Strahlung, in Form von Licht unterschiedlicher Wellenlänge, trifft auf unser Auge und durchdringt Hornhaut, Iris, Pupille, Linse und Glaskörper bis es auf die Retina trifft. Auf der lichtabgewandten Seite der Netzhaut befinden sich zwei unterschiedliche Arten so genannter Photorezeptoren. Das sind einmal rund 120 Millionen so genannter Stäbchen und ca. 6 Millionen Zapfen. Die Stäbchen sind sehr lichtempfindlich und für das Hell/Dunkel-Sehen verantwortlich, die weniger lichtempfindlichen Zapfen hingegen für das Farbensehen.

Das Gehirn als Farbmischapparat

Drei verschiedene Zapfenarten (L, M, und S) absorbieren jeweils einen spezifischen Wellenbereich des Lichts. Dabei nehmen die so genannten  „Long-Zapfen“ den Bereich wahr, den unser Gehirn anschließend als Rot interpretiert, während die Medium bzw. Short–Zapfen den Anteil von Grün und Blau registrieren. Sie verdanken ihre spezifische Empfindlichkeit für den jeweiligen Spektralbereich bestimmten Pigmenten, die unter Lichteinwirkung ihre Molekülstruktur verändern. Sie lösen Signale aus, die die Sinneszelle in Form eines Impulses an eine Ganglienzelle des Nervensystems weiterleitet. Diese empfängt die Signale der unterschiedlichen Zapfentypen und verrechnet sie gegeneinander. Aus diesen Informationen mit den jeweiligen Anteilen der drei Basis-Farbinformationen kann unser Gehirn die genaue Mischung und damit den richtigen Farbton bestimmen. Die Informationen der Stäbchen hingegen benötigt unser Gehirn, um mittels der Schwarz-Weiß-Anteile des Lichts räumliche Tiefe und Kontraste zu erkennen. Da sie sehr lichtempfindlich sind, ermöglichen sie uns auch bei wenig Licht die Orientierung. Wenn es dunkel ist, übernehmen sie die meiste Arbeit, die Zapfen sind dann nicht mehr aktiv. Das ist der Grund, warum wir im Dunkeln keine Farben sehen.

Unterschiedliche Farben durch unterschiedliches Licht

Die entscheidende Voraussetzung, um Farben sehen zu können, ist Licht. Und in unseren Augen erhalten die Gegenstände ihre Farbe, indem die Gegenstände unterschiedlich langwelliges Licht entweder absorbieren oder reflektieren. Im Grunde genommen entsteht der Farbeindruck durch die Eigenschaft der Oberfläche eines Gegenstandes, bestimmte Anteile des Lichts stärker zu reflektieren als andere. So erscheint uns beispielsweise Wasser blau, weil die roten, gelben und grünen Anteile des Sonnenlichts sehr schnell absorbiert werden und der blaue Anteil am stärksten reflektiert wird. Ändert man die Farbe bzw. Wellenlänge des Lichts, beispielsweise durch Filter, ändert sich auch die Farbe des beleuchteten Gegenstands. So erscheint ein roter Apfel im grünen Licht plötzlich schwarz.

Ein Goldfisch sieht mehr

Das menschliche Auge kann Licht der Wellenlängen zwischen 380nm und 780 nm (Nanometer) wahrnehmen. Das ist nur ein kleiner Bereich des gesamten elektromagnetischen Strahlungsspektrums. 60 Prozent der im Sonnenlicht enthaltenen Wellenlängen können wir nicht sehen, wie beispielsweise UV-Licht.  Darin sind uns viele Vögel überlegen, die teilweise über vier Farbrezeptoren verfügen. Sogar ein Goldfisch verfügt über ein breiteres Farbsehspektrum als der Mensch. Auf welche Weise Auge und Gehirn in jedem Moment diese ungeheure Menge an Informationen verarbeiten, damit wir sehen können, ist übrigens bis heute noch nicht restlos geklärt.