Sinnestäuschungen: Ins rechte Licht gerückt

Um die permanent auf uns einwirkenden vielfältigen und komplexen Reize interpretieren zu können, nutzt unser Gehirn Erfahrungen und Annahmen über die Umgebung. So geht es immer davon aus, dass das Licht von oben kommt. Immer? Nicht ganz.

Auge, Nase und Haut versorgen uns ständig mit Informationen über die Welt da draußen. Doch nicht nur die Sinnesorgane, auch das Vorwissen über unsere Umwelt bestimmt unsere Wahrnehmung. Dieses Zusammenspiel zwischen momentaner Sinnesinformation einerseits und Vorwissen andererseits lässt sich an Bildern eindrucksvoll zeigen. Dreht man beispielsweise das Foto eines Kraters auf den Kopf, verwandelt sich die zuvor wahrgenommene Eindellung in einen Hügel. Wie kommt es zu dieser doppeldeutigen Interpretation?

Loch oder Beule? | Loch oder Beule? Nimmt man an, das Licht kommt von links oben, so wird das obere Teilbild als Loch (Krater) interpretiert und das untere als Beule (Hügel). Nimmt man hingegen an, das Licht kommt von rechts unten, dreht sich die Interpretation um: Das obere Teilbild wird als Beule an der Decke gesehen, und das untere Teilbild stellt dann ein Loch in der Decke dar. Doch diese zweite Interpretation ist für die meisten Betrachter viel schwieriger zu sehen, da unsere Wahrnehmung auf die Interpretation "Licht von oben" getrimmt ist. Dreht man das Bild auf den Kopf, kehrt sich die Interpretation Loch/Beule um.

Um Abbildungen zu interpretieren, stellt das Gehirn Vorannahmen darüber an, aus welcher Richtung das Licht einfällt – und das kommt nun mal in unserer Welt meistens von oben. Ginge das Gehirn davon aus, das Licht käme von unten, so dreht sich die Interpretation um: Aus einem Krater wird ein Hügel. Mathematisch lässt sich dieses Zusammenspiel zwischen Sinnesinformation und Vorwissen sehr gut mit der von Bischof Thomas Bayes 1763 entwickelten Wahrscheinlichkeitstheorie beschreiben, in der das Vorwissen mit Hilfe von "Priors", der a-priori-Wahrscheinlichkeitsverteilung, beschrieben wird.

Wendy Adams und Erich Graf von der Universität Southampton sind nun zusammen mit Marc Ernst vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen der Frage nachgegangen, wie das Gehirn zu solchen Vorannahmen kommt: Sind diese angeboren und somit genetisch bestimmt, oder lassen sich solche fundamentalen Priors, wie die "Licht-von-oben"-Annahme, aus der Häufigkeit des Auftretens erlernen?

Dazu benutzten die Forscher doppeldeutige Bilder und untersuchten die Wahrnehmung von Versuchspersonen jeweils vor und nach einem interaktiven Training. Dabei konnten die Versuchspersonen die Stimuli nicht nur sehen, sondern auch für etwa anderthalb Stunden mit ihren Fingern abtasten. Der Trick dabei war nun, dass während des Trainings das visuelle Bild und damit der Bereich des Lichteinfalls, bei dem sich die Objekte als Hügel anfühlen, um 30 Grad gedreht wurde. Dadurch stimmte der gefühlte Eindruck nicht immer mit der visuellen Wahrnehmung überein.

Tatsächlich veränderte sich dabei die Wahrnehmung der Probanden: Einige der "Krater" wurden plötzlich als "Hügel" gesehen. Wie die Forscher ermittelten, war die "Licht-von-oben"-Annahme durch das Training um durchschnittlich etwa 11 Grad gedreht. Da normalerweise auch die scheinbare Helligkeit eines Objekts von seiner Orientierung zum Lichteinfall abhängt, sollte eine generelle Änderung der "Licht-von-oben"-Annahme auch die Wahrnehmung der Helligkeit von Objekten verändern. Tatsächlich zeigte sich, dass den Teilnehmern Objekte nach dem Training unterschiedlich hell erschienen – in Übereinstimmung mit der Änderung der angenommenen Lichteinfallsrichtung.

Die Forscher gelang damit der Nachweis, dass selbst solche fundamentalen Vorannahmen, wie die "Licht-von-oben"-Annahme, nicht genetisch verankert sind, sondern ständig auf der Basis der statistischen Regelmäßigkeit, mit der sie in der Umgebung auftreten, innerhalb relativ kurzer Zeit erlernt und angepasst werden. Das steht jedoch im Gegensatz zu Versuchen mit anderen Spezies, wie beispielsweise Hühnern: Bei den Tieren lässt sich ebenfalls eine "Licht-von-oben"-Annahme nachweisen, diese scheint aber genetisch verankert zu sein.

Damit unterstreichen die Ergebnisse der Forscher die extrem gute Anpassungsfähigkeit des menschlichen Gehirns: Je nach individueller Lerngeschichte und Vorwissen unterscheidet sich die Wahrnehmung von Mensch zu Mensch.