Op-art & Neuro
17. Mai 2013
Brigitte Grawe

Op-Art & Neurowissenschaften

Braintertainment-Art

Optische Täuschungen sind in fast allen Teilbereichen des menschlichen Sehens möglich. Sie beruhen auf der Tatsache, dass die Wahrnehmung subjektiv ist und vom Gehirn beeinflusst wird. Es verbindet die vom Auge gelieferten Informationen mit im Cortex gespeicherten Erfahrungen über die Außenwelt.

Werden keine ‚brauchbaren‘ Vergleichswerte gefunden, kommt es zu Fehlinterpretationen und den für uns so verblüffenden Effekten. So lässt sich beispielsweise unsere Farbwahrnehmung überlisten, Bewegungs- oder Tiefenillusion erzeugen und vieles mehr.

Optische Täuschungen sind die Kehrseite
beeindruckender Fähigkeiten des Sehsystems.

Auch Wissenschaftler nutzen Op-Art, um Sehleistungen genauer zu verstehen und damit zum Beispiel bessere Videokameras oder Mikroskope zu entwickeln. Künstler bedienen sich seit langer Zeit solcher Täuschungen. Entdeckt wurden diese Effekte bereits im 19. Jahrhundert. Der niederländische Maler M.C. Escher nutzte beispielsweise die damaligen Erkenntnisse für seine Darstellung unmöglicher Figuren.

Auch Künstler der Magie wie David Copperfield oder Hans Klok verstehen auf geniale Art und Weise, ihr Publikum zu täuschen. Basierend auf der neurowissenschaftlich genannten Veränderungs-, bzw. Unaufmerksamkeitsblindheit inszenieren sie vor den Augen der Zuschauer fulminante Tricks, die den Eindruck von Zauberei entstehen lassen.

Möglich wird dies durch die Trägheit des Auges. Wird diese geschickt genutzt und die Aufmerksamkeit des Zuschauers im richtigen Moment in eine andere Richtung gelenkt, entgehen der Wahrnehmung Geschehnisse, die sich eigentlich gut sichtbar abspielen. So unterliegt das Publikum einer optischen Täuschung. Als ich im Laufe meiner künstlerischen Entwicklung die Op-Art für mich entdeckte, war die Bedeutung sofort klar.

Das ist mein Ding!

Die Kunstform weckte frühe Erinnerungen an die erste und prägsame Begegnung mit einem Vasarely-Bild im Elternhaus. Meine Mutter brachte damals eine optische Täuschung in Form eines Kippbildes mit nach Hause. Wie oft haben wir davor gestanden und versucht, den Effekt zu erfassen – vergeblich. Schon damals wollte ich ganz genau wissen, wie funktionieren optische Täuschungen eigentlich?

Antworten darauf fand ich als Künstlerin in den Neurowissenschaften, und war damit erst recht  ‚Feuer und Flamme‘. In Verbindung mit Neuroästhetik erschloss sich hier eine für mich ideale interdisziplinäre Ressource, denn auf direkte ‚Art‘ lassen sich in der Op-Art Kunst und Wissenschaft verbinden und nutzen.

Für mich als Künstlerin ist es mehr als faszinierend Bilder zu schaffen,
die das komplexe menschliche ‘Gehirn’ austricksen.

Mit meinen optischen Täuschungen entstehen Herausforderungen für jeden Betrachter, der die Geduld hat, sich dieser ’Art‘ zu stellen. Optische Täuschungen sind für unser Gehirn ein echtes Dilemma. Sie verstoßen gegen jede Regel menschlicher Wahrnehmung. Genau dadurch können wir erfahren, wie  unsere visuelle Wahrnehmung funktioniert. In der Folge finden Sie einige Effekte und wie sie entstehen …

Bewegungsillusionen – nicht zu fassen!

Die Fähigkeit zur Bewegungsillusion ist ein Trick des Gehirns, um einen größeren Zusammenhang herzustellen. Die Wissenschaft konnte dieses Wahrnehmungsphänomen, das sich auf vielfältige Weise zeigt, bislang nicht in allen Varianten erklären. Zumeist basieren Bewegungsillusionen auf dem peripheren Sehen.

D.h., die vermeintliche Bewegung findet im äußeren Blickfeld statt. Genau in den Bereichen also, die gerade nicht im Fokus des Betrachters liegen und damit nur unscharf wahrgenommen werden. Versucht man sie zu fixieren, verschwinden sie.

Dass statische Bilder Bewegungsillusionen erzeugen können, ohne dass man sie bewegt, ergibt sich in der Regel durch wiederholte Muster, die unterschiedlich starke Kontraste und Helligkeiten aufweisen. Man nennt das Simultankontrast. Wie auch der Flimmer- und Sukzessivkontrast, ist er eine Farbempfindung des Betrachters, die nicht real vorhanden ist.

Er beschreibt die Wechselwirkung nebeneinander liegender Farbflächen, die entweder in Form einer Minderung oder Steigerung des tatsächlich vorhandenen Kontrastes geschieht.  So entstehen u.a. auch Flimmereffekte und die meisten Varianten des Hermann-Gitters.

 Ein weiteres Phänomen ist der Wasserfalleffekt.

Er entsteht durch entsteht durch eine Anpassung des Auges an Bewegungen. Dazu fixiert man längere Zeit einen sich bewegenden Gegenstand, ohne der Bewegung zu folgen. Richtet man anschließend den Blick auf ruhende Bereiche,  sieht man ein Nachbild, das sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

Neurowissenschaftler waren bislang davon ausgegangen, dass die Illusion der Bewegung nur als Vorstellung des Betrachters entsteht, bzw. durch eine höhere Gehirnaktivität in dem Bereich des Gehirns, der für die Vorstellungskraft zuständig ist.

Aber inzwischen gibt es eine weitere Erklärung zu den Ursachen Sie kommen von einem Team Neurowissenschaftler der Ritsumeikan Universität in Kyoto. Sie konnten erstmalig beweisen, dass das Gehirn beim Anblick von Grafiken, die Bewegung vortäuschen, tatsächlich eine Bewegung wahrnimmt. Die dazu veröffentlichte Studie belegt dies anhand von Messungen der Gehirnströme an Versuchspersonen. Sie belegten, dass die optische Täuschung Neuronen in dem Teil des Gehirns aktiviert, der tatsächliche, physische Bewegungen wahrnimmt und verarbeitet.

 
Räumliches Sehen

3D ist eines der wichtigsten Wahrnehmungs-Phänomene. Ohne die Fähigkeit zum räumlichen Sehen würden wir uns in unserer dreidimensionalen Umgebung nur schwer zurechtfinden. Raumwahrnehmung ist die kinästhetische, akustische und visuelle Erfahrung, bzw. Konstruktion von Raum. Wir verdanken sie unserem Gehirn.

Die Wissenschaft hat viele Erkenntnisse darüber gewonnen, welche Faktoren die visuelle Wahrnehmung von Räumlichkeit ermöglichen. Unsere ‚grauen Zellen‘ leisten ganz Erstaunliches um von der Netzhaut gelieferte, zweidimensionale Informationen zu einem 3D-Objekt zusammenzufügen. Räumliche Wahrnehmung bedeutet nicht nur das Erleben der Tiefenwahrnehmung, sondern auch die Fähigkeit zur Entfernungs- oder Distanzwahrnehmung.

Die Informationen, die wir dem visuellen Reiz selbst entnehmen, verlangen
dazu eine ‚erkennungsdienstliche‘ Bearbeitung im Gehirn.

Die Grundlage dazu bildet das menschliche Sehsystem. Unsere Augen nehmen den visuellen Reiz auf. Da sie ca. 6-7 cm auseinanderstehen, kommt in jedem Auge ein anderes Bild zustande, das minimal unterschiedliche Details enthält. Auf diesen unterschiedlichen Blickwinkeln (binokulares Sehen) basiert unsere Fähigkeit räumliche Tiefe erfassen zu können.

Alle eingehenden visuellen Informationen landen zunächst auf der Netzhaut; und dort beginnt die neuronale Verarbeitung. Beide Bilder werden in Form elektronischer Nervenimpulse gleichzeitig an die Sehrinde (auch: visueller Cortex) weitergeleitet, einem Teil der Großhirnrinde. Diese wiederum ist der Teil des Großhirns, in dem u.a. bewusste Vorgänge, planvolles Handeln, kognitive Prozesse und willkürliche Ausführung von Bewegungen verarbeitet werden. Sie ist nun für die schwierige Aufgabe zuständig, aus einer zweidimensionalen Projektion auf die dreidimensionale Realität rückzuschließen.

Blitzschnell werden die zu verarbeitenden Impulse dazu mit bereits
im Gehirn gespeicherten Informationen verglichen.

Unvollständige Sinneseindrücke ergänzt das Gehirn aus der Erfahrung. Je mehr Informationen bereits verfügbar sind, desto präziser funktioniert die daraus resultierende räumliche Wahrnehmung. Und die ist überlebenswichtig. Sie lässt uns beispielsweise beim Überqueren einer Straße der Abstand zu sich nähernden Autos abschätzen.

Diese Fähigkeit unseres Gehirns lässt aber auch dort  “Räumlichkeit” wahrnehmen, wo sie objektiv gar nicht existiert. Dies geschieht bei der Betrachtung zweidimensionaler Abbildungen, Fotografien oder am Monitor.

Dazu bedienen wir uns der monokularen Raumwahrnehmung, die im
Gegensatz zur binokularen auch mit einem Auge möglich ist.

Monokulare Tiefenkriterien sind z.B. lineare Perspektiven, Licht und Schatten, perspektivische Unschärfe, vertraute Größen, Verdeckung oder überlappen von Objekten, Relation zum Horizont. Diese Form der Raumwahrnehmung wird auch für weit entfernte Objekte genutzt. Von Malern werden monokulare Hinweisreize genutzt, um eine räumliche Wirkung zu erzielen.

Flimmer-Kontrast

Das vermeintliche Flimmern in manchen Bildern ist eine Reaktion unserer Sehorgane auf die darin verwendeten Farben und ihre Strahlungsintensität. Der dadurch entstehende Simultankontrast, ergibt sich durch die Wechselwirkung nebeneinanderliegender Farbflächen.

Der stärkste Effekt lässt sich mit Rot-Grün-Kontrasten gleicher Helligkeit erzeugen; diese Farben haben die gleiche Helligkeit. Verstärkt wird ein Flimmerkontrast noch durch feine Strukturen wie dünnen Linien, eng bei einander liegenden Flächen etc.

Treffen zwei deutlich unterschiedliche Farben gleicher oder ähnlicher Helligkeit aufeinander konkurrieren die Farben stark miteinander, da sie in ihrer Leuchtkraft gleichwertig sind. Dadurch wird an den Grenzkanten Flimmern, oder Vibrieren wahrgenommen. Je reiner die Farben und ähnlicher die jeweiligen Helligkeits-, bzw. Dunkelstufen sind, desto stärker die Wirkung.

Aber auch eine Kombination bunter und unbunter Farben
gleicher Helligkeits- bzw. Dunkelstufe erzielt diese Wirkung.

Wie sieht es mit Farben bei extrem niedriger, bzw. extrem hoher Intensität des unbunten Lichts, also unter direktem, hellem Licht oder bei Dämmerlicht aus?  Bei einer sehr intensiven Lichteinstrahlung, etwa im Sommer unter wolkenlosem Himmel zur Mittagszeit entsteht ein Flimmern der Farben.

Auch in der Dämmerung, bzw. bei geringer Beleuchtung, welche gerade noch ein Farbsehen erlaubt, ergeben sich Flimmerkontraste. D.h., geringe Unterschiede der Helligkeits- bzw. Dunkelstufe durch zu viel oder zu wenig Licht lösen ebenfalls die Flimmerwirkung aus.

Unsere Augen stehen nie völlig still.

Da die Sehzellen bei zu ausgedehnter Reizung ermüden und der Seheindruck dadurch verblasst. Daher verschwimmen Bilder vor unseren Augen, die wir zu lange fixieren. Bei relativ feinen Streifenmustern entsteht in der Wahrnehmung ein Wettstreit zwischen dem momentan auf der Netzhaut bestehenden Bild und den Nachbildern der direkt vorausgegangenen Netzhautbilder, die sich aufgrund der ständigen Augenbewegung, zwar geringfügig, aber wahrnehmbar, an anderer Stelle befinden.

Der dauernde Wechsel von Schwarz-Weiß auf den gleichen Sehzellen vermittelt so den Eindruck der Bewegung. Auf diesem Wahrnehmungsvorgang beruht auch die flimmernde und vibrierende Wirkung paralleler Linien, durch deren Verlauf und An- und Abschwellen die Wirkung einer Scheinräumlichkeit erreicht wird.
Hermann-Gitter
…der springende Punkt

Der Physiologe Ludimar Hermann blätterte im Jahre 1870 im Physikbuch „Der Schall” von John Tyndall. Dabei bemerkte er graue Flecken in den Zwischenräumen einer darin enthaltenen Abbildung. Kurz darauf stellte er das später nach ihm benannte ‚Hermann-Gitter‘ der Öffentlichkeit vor: “… eine Erscheinung simultanen Kontrastes”, wie er es selber nannte.

Er hatte entdeckt, dass Gittermuster mit starken Hell-Dunkel-Kontrasten optische Täuschungen verursachen. Der Betrachter glaubt, in den Schnittpunkten springende weiße oder graue Punkte zu sehen, die sich jedoch nicht fixieren lassen, sondern verschwinden, sobald der Blick auf einen Schnittpunkt konzentriert wird.

Bis vor wenigen Jahren wurde diese optische Täuschung als Hinweis auf Nachbarschafts-wechselwirkungen in der Netzhaut interpretiert, und erklärt. Die sogenannte laterale Hemmung verändert unser Hell-Dunkel-Empfinden. Das führt zu einer Kontrastverstärkung, die uns hilft, Flächen besser voneinander trennen zu können und schärfer sehen.

Die Ursache liegt in den Kontrastverarbeitungsmechanismen unseres optischen Systems. Sie beziehen ständig die Umgebung des fixierten Punktes mit ein und bilden daraus Kontrastverstärkung oder -minderung.

Dies bedeutet, ein wahrgenommener Kontrast ist immer subjektiv
und entspricht i.d.R. nicht den objektiven Verhältnissen.

Wie hell oder dunkel wir eine Fläche empfinden, ist immer von ihrer Umgebung abhängig. Weiße Flächen in Nachbarschaft von schwarzen Flächen erscheinen uns “weißer” als weiße Flächen ohne Nachbarschaft von dunklen Flächen. Ursächlich dafür sind unsere Sehsinneszellen, die so beschaffen sind, dass sie je nach Intensität des empfangenen Reizes (Lichteinfalls) eine gegenseitige Hemmung bewirken und dadurch Helligkeitsunterschiede benachbarter Flächen verstärken.

So wird beispielsweise an der Grenzfläche zwischen Schwarz und Weiß tatsächlich Schwarz noch schwärzer und Weiß noch weißer wahrgenommen. An den Kreuzungspunkten eines schwarz(Quadrate)-weißen(Streifen) Hermann-Gitters kann die Kontrastverstärkung nicht in demselben Maße stattfinden wie in den dazwischenliegenden Streifen, weil dort weniger Schwarz vorhanden ist.

Durch die starken Kontraste der schwarzen Quadrate entsteht eine
starke Hemmung der dazwischenliegenden ‚weiß-sehenden‘ Sinneszellen.

Dadurch wird das eigentliche weiß abgeschwächt und erscheint dort dunkler, bzw. grau. So weit so gut. Doch eine im Jahre 2004 vorgestellte neue Variante des Hermann-Gitters ließ die bisher geltende Erklärung als zumindest unvollständig erscheinen.

Eine scheinbar belanglose Modifikation des Hermann-Gitters in Form einer leichten Welligkeit der Gitterlinien bringt die Helligkeitstäuschung zum Verschwinden. 2007 erschien dazu eine Erklärung auf der Basis eines künstlichen neuronalen Netzes, dem Helligkeitskonstanz „beigebracht“ worden war.

Unter Helligkeitskonstanz versteht man die menschliche Fähigkeit, Helligkeitsunterschiede unabhängig von der jeweiligen Beleuchtung richtig zu deuten. Dadurch unterlag das künstliche Netz „von alleine“ einer Reihe optischer Täuschungen, so auch dem Hermann-Gitter.

Inzwischen gibt es eine ganze Reihe von Abwandlungen des ursprünglichen Hermann-Gitters. Sie erzeugen zum Teil ganz neue Wahrnehmungseffekte, für die es noch keine Antworten gibt. So sind die Hermann-Gitter ein stetig neues und spannendes Phänomen. 

 
Kippbilder / Perzeptuelle Mehrdeutigkeiten

Schauen Sie genau hin: Was ist Vordergrund und was Hintergrund?

Bilder, bei denen bewusst einander widersprechende Hinweisreize geschaffen wurden, erzeugen massive Probleme bei der räumlichen Orientierung. Darum sind so genannte Umspring- bzw. Kippbilder, auf faszinierende ‚Art‘ verwirrend. Unsere Wahrnehmung scheint während der Betrachtung zwischen zwei möglichen Alternativen hin und her zu kippen.

Mal erscheint uns die eine, mal die andere Möglichkeit als die richtige. Beides zugleich geht nicht. Selbst mit dem stärksten Willen können wir den Wechsel der Wahrnehmung nicht verhindern, allenfalls zeitlich verzögern. Und so wird der Betrachter feststellen, dass es ihm niemals gelingen wird, den ‚Augenblick des Umspringens‘ zu erfassen, bzw. ‚einzufrieren‘, selbst wenn er weiß, wo sich der ‚Kasus Knackpunkt‘ befindet.

Im Gehirn setzt sich immer nur ein Reiz oder eine
Interpretation durch und unterdrückt alle anderen.

Die Erklärung dafür lieferten Wissenschaftler der John Hopkins Universität. Linien und Formen des Bildes werden in der zuständigen Region des Gehirns (visueller Cortex) entweder dem Hintergrund oder aber dem Vordergrund zugeordnet. Damit gibt er eine Struktur für unsere Wahrnehmung vor, die ihre Hauptaufmerksamkeit immer nur einem der beiden Bereiche auf einmal widmen kann.

Jeder Mensch weist dabei eine individuelle Wechselgeschwindigkeit auf, die weder von Alter noch Intelligenz beeinflusst oder gar verändert werden kann. Die Ursache dafür haben Wissenschaftler noch nicht herausgefunden.

Nachbilder – Sukzessivkontrast

Betrachten wir intensiv eine Farbfläche, nehmen wir nach Wegnahme dieses Sehreizes ein komplementäres Nachbild der zuerst gesehenen Farbfläche wahr. Die Form der Fläche bleibt dabei unverändert.

Das Nachbild ist besonders gut bei reinen ungetrübten Farbtönen zu erkennen, aber auch bei getrübten, abgedunkelten oder aufgehellten Farbtönen stellt sich, wenn auch weniger ausgeprägt, der Sukzessivkontrast ein.

Überzeugen Sie sich selbst und schauen sie die nachfolgenden Beispiele aus ca. 15 cm Entfernung etwa 20 Sekunden lang an. Lenken Sie anschließend Ihren Blick auf den jeweils daneben liegenden schwarzen Punkt. Sie werden ‚sehen‘ …

Unmögliche Objekte

Wenn Sie sich dieses Bild genauer ansehen, wird es zum Dilemma für Ihr Gehirn.

Unsere Wahrnehmung ist stets bestrebt nach Möglichkeit in eine zweidimensionale Abbildung noch eine dritte Dimension hinein zu interpretieren. Daraus ergeben sich unmögliche Objekte.

Diese Tendenz ist so stark, dass wir selbst bei Formen, die unserer Erfahrung nach physikalisch unmöglich sind, diese räumliche Betrachtungsweise nicht abstellen können.Die einzelnen Elemente unmöglicher Objekte ergeben für sich genommen auch durchaus einen Sinn, jedoch als Ganzes gesehen sind sie räumlich inkonsistent und paradox. Verdeckt man in solchen Fällen einmal einen Teil eines solchen Objektes, sehen wir ein reales räumliches Konstrukt.

So, vielleicht habe ich Ihnen mit diesen Erklärungen noch mehr Lust auf optische Täuschungen gemacht. Vielleicht haben Sie aber auch Ihr Interesse an Neurowissenschaften geweckt. Beides würde mich sehr freuen. 

Literatur- und Linkliste

  • Wenn Hände falsch fühlen : Manche Tastillusionen entstehen durch die gleichen Hirnmechanismen wie geometrische optische Täuschungen. – in: Die Welt im Kopf : Spektrum Verl.: Spektrum der Wissenschaft, Dossier 4/2005
  • SINNESTÄUSCHUNG : Techniken der Enttarnung : Nicht nur Menschen, auch Tiere fallen auf optische Täuschungen herein. – in: Intelligenzbestien : Spektrum Verl ., Gehirn & Geist, Dossier 2/2006
  • Illusionen des Sehens : Eine Reise in die Welt der visuellen Wahrnehmung: Thomas Ditzinger. Spektrum Verl., 2006. – ISBN: 9783827416957
  • Vilayanur S. Ramachandran, Diane Rogers-Ramachandran: Sehen ist Glaubenssache. – in: Spektrum d. Wissenschaft: Spektrum Verl. – Heft juli/2004