Surprise! Die meisten ‚Farbsehzellen‘ sehen nur schwarz oder weiß
Die Art und Weise, wie Menschen Farbe sehen, kann ein bisschen wie das Ausmalen in einem Schwarz-Weiß-Malbuch sein, so eine neue Studie. Die Entdeckung bedeutet, dass das Farbensehen möglicherweise ganz anders funktioniert, als Wissenschaftler bisher dachten.
Die Augen sehen mit vielen verschiedenen Arten von Zellen. Jede Art sammelt unterschiedliche Informationen. Wissenschaftler wissen schon seit Jahrzehnten, dass einige Zellen – die so genannten Zapfen – Farbe erkennen. Sie sind Teil der Netzhaut im hinteren Teil des Auges.
Die Zapfenzellen können rotes, grünes oder blaues Licht wahrnehmen. Aber Ramkumar Sabesan entdeckte, dass einige von ihnen weißes Licht wahrnehmen – und nur weißes Licht. Das war eine große Überraschung.
Sabesan ist ein Sehforscher an der University of Washington in Seattle. Er und seine Kollegen von der University of California, Berkeley, berichteten über ihre unerwartete Entdeckung am 14. September in der Zeitschrift Science Advances.
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Das Team benutzte ein leistungsstarkes Mikroskop in ihrem Labor, um in die Augen von zwei Männern zu schauen. Sie erstellten eine Karte von etwa 1.000 Zapfenzellen in der Netzhaut. Diese Karte zeigte, wo sich die roten, grünen und blauen Zapfen befinden. Dann bestrahlten die Wissenschaftler einzelne rote oder grüne Zapfenzellen mit winzigen Laserlichtpunkten und fragten die Männer, welche Farbe sie sahen.
Die so genannten roten und grünen Zapfenzellen gibt es jeweils in zwei Typen, erfuhren sie. Der eine Typ überträgt weißes Licht. Der andere Typ gab Farbe weiter. Besonders überraschend war, dass weit mehr Zapfen angaben, weißes Licht zu sehen als rotes oder grünes. Von 167 getesteten roten Zapfen meldeten 119 weißes Licht, nur 48 sahen rot. Von 98 getesteten grünen Zapfen meldeten 77 weißes Licht und nur 21 signalisierten Grün. Es gibt nur sehr wenige blaue Zapfen auf der Netzhaut. Die Forscher haben diese nicht getestet.
Es ist überraschend, dass so wenige Zapfen Farbe zu erkennen scheinen, obwohl alle Zapfen dazu in der Lage sind, sagt Donald MacLeod. „Es ist eine ziemlich ineffiziente Anordnung“, sagt der Sehforscher von der University of California, San Diego.
Die große Anzahl von Zellen, die Weiß (und Schwarz, also die Abwesenheit von Weiß) erkennen, sorgen für ein scharfes Schwarz-Weiß-Bild der Umgebung eines Menschen. Sie sorgen für scharfe Ränder von visuellen Details. Die rot- und grünsignalgebenden Zellen füllen die Linien mit unschärferen Farbbrocken auf. Der Prozess funktioniert ähnlich wie das Ausfüllen eines Malbuchs oder das Hinzufügen von Farbe zu einem Schwarz-Weiß-Film, sagt Sabesan.
Die Forschung ist beeindruckend schwierig, bemerkt Jay Neitz. Er ist ebenfalls Sehforscher an der University of Washington in Seattle, hat aber nicht mit diesem Team zusammengearbeitet. Er vergleicht das, was sie getan haben, damit, die ersten Menschen auf den Mond zu bringen. Es ist eine großartige technologische Errungenschaft“, sagt er – „eine erstaunliche Sache.“
Wie sie es gemacht haben
Um eine klare Karte der Netzhaut zu erhalten, haben die Forscher Techniken übernommen, die Astronomen verwenden, um Dinge im Weltraum abzubilden. Da das Auge ständig wackelt, mussten die Forscher auch die Muster der Augenbewegungen der Männer untersuchen. Nur so konnten sie genau vorhersagen, wo sich jede einzelne Zapfenzelle einen Sekundenbruchteil später befinden würde, wenn sie sie mit dem Laserstrahl anvisierten.
Insgesamt stimulierten sie 273 einzelne Zapfenzellen, eine nach der anderen, in den Augen der Freiwilligen. Der Prozess dauerte etwa zwei Jahre.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Netzhaut mehr kann, als die Wissenschaftler bisher dachten. Es wurde angenommen, dass die Zapfenzellen nur rote, grüne oder blaue Farben erkennen. Die Wissenschaftler dachten, dass das Gehirn die harte Arbeit der Kombination dieser Signale zu einem vollfarbigen Bild der Welt (einschließlich Schwarz und Weiß) übernimmt.
Aber stattdessen „macht die Netzhaut mehr von der Arbeit“, sagt Neitz. Die Netzhaut sendet sowohl Schwarzweiß- als auch Farbdaten an das Gehirn. Das macht die Arbeit des Gehirns einfacher. Die Forscher versuchen nun zu verstehen, wie die Zapfenzellen wissen, ob sie eine Farbe oder das Vorhandensein von Weiß signalisieren sollen. Wie die verschiedenen Zelltypen in der Netzhaut organisiert sind, scheint bei dieser Entscheidung eine wichtige Rolle zu spielen. Zum Beispiel signalisieren rote Zapfen eher Weiß, wenn sie von grünen Zapfen umgeben sind.
Diese Ergebnisse könnten eine gute Nachricht für Menschen mit Farbenblindheit sein. Wenn die richtigen Zapfen auf der Netzhaut hinzugefügt werden können, so Neitz, sollte das menschliche Gehirn problemlos in der Lage sein, das Schwarz-Weiß-Bild um eine weitere Farbe zu ergänzen.