peripheres Sehen

Bekanntlich sehen Menschen in der Mitte ihres Sichtfeldes, also entlang der Blickachse, viel besser als in der Peripherie. Wenn das Gehirn aber ein interessantes Objekt in der Peripherie wahrnimmt, löst es sofort eine Augenbewegung aus, so dass die Blickachse durch das Objekt verläuft, damit dieses Objekt dann tiefenscharf wahrgenommen wird. Das liegt teilweise an der extremen Dichte der Fotorezeptoren im Zentralbereich der Netzhaut (Fovea), doch ist die Vorliebe der visuellen Wahrnehmung für die Mitte der Sichtfeldes auch im Gehirn repräsentiert.

Im Detail: Die menschliche Wahrnehmung liefert für gewöhnlich ein sehr genaues Abbild der Umwelt, d. h., dieses Bild ist nicht verzerrt, obwohl ein betrachtetes Objekt verzerrt auf die Netzhaut projiziert wird, wobei der Grad der Verzerrung noch verstärkt wird, wenn sich die Blickrichtung vom Objekt weg bewegt, sich das Objekt also am Rande des Blickfelds befindet. Peripheres Sehen ist daher eine besondere Form der visueller Wahrnehmung, bei der nicht die zentrale Stelle der Netzhaut zum Fixieren eines Objekts benutzt wird, sondern dessen Wahrnehmung durch daneben gelegene Areale erfolgt, d. h., ein Betrachter schaut eigentlich am Objekt vorbei. Im Grunde liefert das periphere Sehen nur grobe unscharfe und optisch verzerrte Seheindrücke außerhalb des Fixationspunktes, doch durch Zusammenschaltung von Sehzellen zu Gruppen, wird dafür jedoch eine Abtastfrequenz bis zu 100 pro Sekunde erreicht, anstatt nur 3 bis 4 wie beim fovealen Sehen. Hinzu kommt, dass das periphere Gesichtsfeld im Vergleich zum zentralen Gesichtsfeld nur in einem relativ kleinen Bereich des visuellen Cortex repräsentiert ist. Die Verarbeitung in der Netzhaut und im Gehirn unterscheidet dabei deutlich zwischen zentralem und peripherem Gesichtsfeld, dennoch ändert sich für den Menschen die Wahrnehmung eines Objektes nicht, wenn es durch Augenbewegungen aus dem peripheren in das zentrale Gesichtsfeld gebracht wird. Man nimmt also seine visuelle Umgebung homogen wahr und bemerkt nicht die ständige Veränderung des räumlichen Auflösungsvermögens, die durch Augenbewegungen entsteht, was letztlich bedeutet, dass eine periphere Information vor und zentrale Information nach einer Augenbewegung kalibriert und integriert werden müssen.

Obwohl der Wahrnehmungsprozess mit solch massiven Verzerrungen verbunden ist, hat der Mensch nicht das Gefühl, dass sich das Erscheinungsbild eines Objektes maßgeblich verändert, wenn die Blickrichtung geändert wird. Weder scheinen die Objekte größer zu werden beim direkten Hinschauen, noch sieht der Menschen sie beim Wegschauen kleiner werden. Dabei dienen vor allem Blickbewegungen dazu, die verschiedenen Bereiche des Gesichtsfelds gegeneinander abzugleichen, da Blickbewegung ein zunächst peripher betrachtetes Objekt in die Fovea bringt, also an die Stelle des schärfsten Sehens. Eine Studie (Valsecchi & Gegenfurtner, 2015) hat nun gezeigt, dass Konstanz in der Wahrnehmung kein Merkmal ist, das Menschen ein für alle Mal gegeben ist, sondern dass es vielmehr das Resultat eines stetigen Abstimmungsprozesses ist, der auch im Erwachsenenalter dafür sorgt, dass die Wahrnehmungserfahrungen immer wieder neu kalibriert werden. Um diese Lernfähigkeit des optischen Systems zu belegen, ließ man Probanden Objekte betrachten und veränderte die Größe dieser Objekte unbemerkt in dem Moment, in dem die Blickrichtung geändert wurde. Wie sich herausstellte, nahmen die Testpersonen nach einigen hundert Versuchsdurchgängen ein Objekt, das von den Forschern erst während der Augenbewegung vergrößert wurde, bereits vorab am Rande des Blickfelds als größer wahr. Das Gegenteil war der Fall, wenn die betrachteten Objekte in der Versuchsanordnung verkleinert wurden.

Menschen sind darauf angewiesen, Handlungen von anderen Menschen schnell und zuverlässig zu erkennen, wobei sich vieles aus der Umgebung im Augenwinkel abspielt, also innerhalb des peripheren Sehens. Vor allem ist peripheres Sehen AutofahrerInnen von höchster Bedeutung, denn sie müssen bei Autos, Menschen und dem Schilderwald an den Straßenrändern blitzschnell wichtige Signale von unwichtigen unterscheiden und auch noch richtig reagieren. Bisher waren jene Gehirnprozesse nicht im Detail bekannt, die eine schnelle und gewichtete Verarbeitung von verschiedenen Merkmalen ermöglichen. Wissenschaftler (Schoenfeld et al., 2014) fanden mittels hochauflösender Magnetenzephalografie, wie die entsprechenden Reize in der Großhirnrinde verarbeitet werden, und zwar wird die Bindung von Eigenschaften wie Bewegung, Form und Farbe zu einem einheitlichen Objekt als schnelle und flexible Aufeinanderfolge stärkerer Aktivität in entsprechenden bewegungs- und farbsensitiven Hirn-Arealen umgesetzt. So ist es möglich, obwohl beim Autofahren der Blick geradeaus auf die Straße gerichtet ist, ein sich von einer Seitenstraße näherndes Fahrzeug zu beachten, wobei die verschiedenen einzelnen Eigenschaften schnell und effektiv als Einheit erscheinen. Beispielsweise erfolgt bei einem roten Auto die Verarbeitung eines relevanten Merkmals wie die Bewegungsrichtung wenige zehntel Millisekunden vor der Verarbeitung von irrelevanten Merkmalen, in dem Fall der roten Farbe des Autos, und fügt sich innerhalb kürzester Zeit zu einem einheitlichen Bild zusammen, sodass eine rasche Einschätzung möglich ist.

Fademrecht et a.(2016) haben nun nachgewiesen, dass menschliche Handlungen in der Peripherie besser wahrgenommen werden als bisher gedacht, insbesondere wenn es um überlebenswichtige Informationen wie etwa feindselige Handlungen von Menschen geht. In einem Experiment saßen Probanden vor einer drei Meter hohen, gebogenen Panoramaleinwand, die ein Blickfeld von 230° abdeckt. Durch diese übergroße Leinwand wirkte das visuelle Feld so groß wie im realen Leben und die Probanden hatten das Gefühl, in der Szene anwesend zu sein. Die Versuchspersonen schauten geradeaus, während Avatare in Form lebensgroßer Strichmännchen am Sichtfeldrand verschiedene Bewegungen ausführten. Dabei maßen die Forscher auch per Eyetracking, ob die Probanden ihren Blick nach vorne richteten und nicht an die Seite schweifen ließen. Im Anschluss sollten die Versuchsteilnehmer angeben, ob die Handlung positiv oder negativ war, beziehungsweise welche Bewegung ausgeführt wurde. Das Repertoire der Strichmännchen reichte dabei von Faustschlägen, Ohrfeigen und Treten über Winken und Händeschütteln bis zur angedeuteten Umarmung. Zur Kontrolle zeigte man auch animierte Strichmännchen mit gänzlich bedeutungslosen Bewegungen, indem sie die Bewegung der Arme und der Beine vertauschten, sodass eine ähnliche Bewegungsenergie vorhanden war, jedoch keine erkennbare Bedeutung. Die Teilnehmer erkannten dabei Handlungen, die 45° von der Blickrichtung entfernt präsentiert wurden mit gleicher Genauigkeit wie Handlungen in direkter Blickrichtung. Die gute Erkennungsleistung lag nicht an der Bewegung selbst, sondern die Probanden erkannten selbst bewegungslose Bilder der Avatare besser als andere statische Objekte, wie geometrische Formen. Möglicherweise stecken hinter dieser selektiven Wahrnehmung evolutionäre Anpassungen, denn Handlungen anderer Menschen aus den Augenwinkeln erkennen zu können ist vermutlich deshalb so wichtig, weil man dadurch frühzeitig erkennt, ob eine sich nähernde Person gute oder schlechte Absichten hat.

Hafed & Chen (2016) haben gezeigt, dass das Gehirn nicht nur zentrale und periphere Reize unterschiedlich verarbeitet, sondern auch visuelle Reize ober- und unterhalb des Horizonts, denn diese verschiedene Teile des Sichtfeldes sind im Colliculus superior (im Mittelhirn) asymmetrisch repräsentiert. Für das obere Sichtfeld steht auch mehr Gehirngewebe zur Verfügung als für das untere, sodass visuelle Reize oberhalb des Horizonts schärfer, präziser und schneller verarbeitet werden.

Literatur
Fademrecht, L., Bülthoff, I. & de la Rosa, S. (2016). Action recognition in the visual periphery, Journal of Vision, DOI:10.1167/16.3.33.
Schoenfeld, Mircea A.,  Hopf, Jens-Max,  Merkel, Christian, Heinze, Hans-Jochen & Hillyard, Steven A. (2014).  Object-based attention involves the sequential activation of feature-specific cortical modules. Nature Neuroscience, doi:10.1038/nn.3656
Valsecchi, M. & Gegenfurtner, K. R. (2015). Dynamic Re-calibration of Perceived Size in Fovea and Periphery through Predictable Size Changes. Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2015.10.067.
Hafed, Ziad M. &  Chen, Chih-Yang (2016). Sharper, Stronger, Faster Upper Visual Field Representation in Primate Superior Colliculus. Current Biology.





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