Wie viele Lichtteilchen sind nötig, damit die Sinneszellen im Auge einen Reiz an das Gehirn senden? Ein Experiment liefert nun die Antwort: Ein einziges genügt. Allerdings zeigt sich diese Fähigkeit des menschlichen Auges nur bei sehr langwierigen Tests.

Tests, wie sie jetzt ein Team um Alipasha Vaziri von der Rockefeller University in New York durchführte. Die Forscher ließen ihre Probanden zunächst 40 Minuten in einem stockfinsteren Raum verweilen. Dann sollten die Teilnehmer in eine Apparatur schauen. Auf Knopfdruck ertönten im Abstand von einer Sekunde zwei Signale. Eines (oder keines) davon war vom gleichzeitigen Aufblitzen eines Photons begleitet. Die Probanden mussten nun angeben, ob sie ein Licht gesehen hatten, und wenn ja, bei welchem Signal. Außerdem bezifferten sie auf einer Skala von eins bis drei, wie sicher sie sich in ihrem Urteil fühlten.

Für seine aktuelle Studie führte das Team um Vaziri das Experiment an lediglich drei Probanden durch. Diese brachten es jedoch insgesamt auf mehr als 2400 Durchläufe, in denen tatsächlich ein Lichtteilchen ausgesendet wurde. Eine ausgefeilte Analyse ihrer Antwortstatistik belegte, dass sie mit ihrer Einschätzung häufiger richtiglagen, als durch bloßes Raten erklärbar wäre. Zudem waren sie bei zutreffenden Beobachtungen tendenziell sicherer in ihrem Urteil.

Dass nicht jedes Photon direkt als Lichtblitz wahrgenommen wird, erklärt sich allein schon dadurch, dass die allermeisten vor Erreichen der Netzhaut absorbiert werden. Laborexperimente mit isolierten Froschsinneszellen hatten jedoch bereits früher belegt, dass deren Rezeptoren zumindest prinzipiell in der Lage sind, auf einzelne Lichtteilchen zu reagieren. Tests mit Freiwilligen hatten zudem gezeigt, dass der Mensch offenbar Lichtblitze aus drei Photonen erkennen kann. Erst seit Kurzem stehen hingegen den Forschern die technischen Gerätschaften zur Verfügung, um derartige Experimente auch mit Einzelphotonen durchzuführen.

Lassen sich auch Quantenphänomene wahrnehmen?

Unklar war, ob ein solches Lichtteilchen, wenn es denn überhaupt aufgefangen wird, einen Reiz erzeugt, der tatsächlich das Gehirn erreicht und bewusst wahrgenommen wird. Sinneszellen feuern mitunter auch bei völliger Abwesenheit eines äußeren Reizes, wobei spezielle Mechanismen sicherstellen, dass solche Fehlalarme selten durchdringen – das geht eigentlich auf Kosten der Empfindlichkeit.

Ein einzelnes Photon zu bemerken, sei nicht wie normales Sehen, sagt Studienautor Vaziri, der seine Apparatur selbst ausprobiert hat: "Es ist beinahe ein Gefühl, an der Grenze zur Einbildung", erklärt er gegenüber "Nature News". Optische Sinneseindrücke werden im Gehirn in unterschiedlichsten Systemen verarbeitet, deren Arbeit uns mitunter nicht oder kaum bewusst wird. Tests mit Personen, deren kortikale Sehzentren zerstört sind, haben gezeigt, dass die Probanden dennoch einfache optische Signale richtig deuten können, ohne dass sie dabei einen bewussten Seheindruck haben.

Die Forscher um Vaziri, aber beispielsweise auch eine Forschergruppe der Universität Basel hoffen nun mit derartigen Versuchsaufbauten noch einen Schritt weiter zu gehen: Photonen nehmen teils völlig fremdartige quantenmechanische Zustände ein. Es wäre nun äußerst interessant herauszufinden, ob solche Eigenschaften, wie etwa die Verschränkung, mit dem menschlichen Auge wahrgenommen werden können.