visuelle Wahrnehmung

 

(= v.W.) [engl. visual perception; videre sehen], [WA], ist die Aufnahme und Ermittlung von Umweltinformationen mithilfe der Augen. Physikalischer Reiz ist dabei das in das Auge eintretende sichtbare Licht, aus dem der dioptrische Apparat (Hornhaut, Linse, Glaskörper) ein retinales Bild erzeugt. Die sensorische Transduktion in den Rezeptorzellen der Retina (Netzhaut; Fotorezeptoren) überführt den Reiz in ein neuronales Erregungsmuster, wobei bei Tageslicht die drei Zapfentypen (mit Absorptionsmaxima im kurz-, mittel-, bzw. langwelligen Bereich; Farbmechanismen) aktiv sind (fotopisches Sehen), während bei geringer Lichtstärke (mondlose Nacht) das Sehen von den Stäbchen (Absorptionsmaximum im mittelwelligen Bereich) vermittelt wird (skotopisches Sehen). Weitere Schritte sind die präattentive Verarbeitung der neuronalen Erregungsmuster durch Nachbarschaftsoperationen wie laterale Hemmung und einfache rezeptive Felder, aufmerksamkeitsabhängige Verarbeitungsschritte und Mustererkennungsoperationen sowie ggf. die Bildung einer eigentlichen Wahrnehmung (Perzept), d. h. eines berichtbaren mentalen Zustandes. Zumindest die späteren Schritte sind eng mit Gedächtnis- und Denkprozessen (Denken) wie z. B. der Vorstellung eines Objektes oder der Antizipation einer visuell kontrollierten Handlung verbunden.

Das auf der Retina auftreffende Licht (Intensität, Watt pro m%5E%7B2%7D) enthält zunächst nur Informationen über Beleuchtungsquellen, über die Reflexionseigenschaften von Oberflächen sowie über die Streuung in Umweltmedien. Als Bild bezeichnet man die räumliche oder raumzeitliche Verteilung solcher Informationen, aus der eine Vielzahl von W.qualitäten erzeugt wird. Dies sind zunächst die sog. Early-Vision-Qualitäten, nämlich Kontrast als Verhältnis von lokaler Intensitätsdifferenz zur Hintergrundsintensität, Orientierung und Körnigkeit von Kanten (Ortsfrequenzgehalt i. S. einer zweidimensionalen Fourier-Transformation (Fourier-Analyse) des Bildes), lokale Bewegung, räumliche Tiefe und Farbe; weiterhin die Einteilung des Bildes in Regionen, die Oberflächen in der Umwelt entsprechen (Segmentierung), und damit verbunden Figur-Grund-Unterscheidung (Figur-Grund-Verhältnis), Tiefenreihenfolge von Flächen (insb. durch Verdeckung) sowie generell die W.organisation. Am Ende stehen Erkennungsleistungen für Objekte, Orte und Gesichter sowie Kontrollleistungen wie Hindernisvermeidung oder Auge-Hand-Koordination. Insbes. die letztgenannte Dichotomie wird in Zusammenhang mit der Aufspaltung der höheren visuellen Verarbeitungswege in einen ventralen, in den Temporallappen verlaufenden Pfad für Erkennungsleistungen und einen dorsalen, in den Parietallappen zielenden Pfad für räumliche und verhaltensnahe Aufgaben gebracht (dorsaler Pfad, ventraler Pfad).

Theorien der v.W. sind seit den 1980er Jahren stark durch die Wechselwirkung mit der technischen Bildverarbeitung (computer vision) geprägt. Dabei wurde insbes. das auf Hermann von Helmholtz zurückgehende Konzept der impliziten Schlüsse algorithmisch konkretisiert. Als Ergebnis des Sehprozesses rückten Erkennungsleistungen sowie generell der Aufbau einer Repräsentation der Umwelt in den Vordergrund. So definiert David Marr: «Vision is knowing what is where by looking.» Der damit verbundene konstruktivistische Grundansatz wurde durch die Überlegung gestützt, dass die visuell aufgenommene Information oft nicht zum Aufbau der Repräsentation ausreicht, sodass Vorannahmen einfließen müssen. Stat. Formulierungen solcher Vorannahmen und ihrer Integration mit aktuellen sensorischen Eingängen über die Bayes-Formel (Bayes-Theorem) bilden einen wichtigen Teil der modernen Sehforschung. In der Diskussion mit der verhaltensorientierten Robotik kommen in neuerer Zeit auch die Kontrollaspekte wieder stärker zur Geltung, die im sog. ökologischen Ansatz der W.forschung (James J. Gibson) bereits angelegt waren.

Sehen ist der im Tierreich am weitesten verbreitete Fernsinn, wobei die Primärprozesse der Fototransduktion anscheinend bei allen Augen homolog sind. Augen mit hoch entwickeltem dioptrischem Apparat findet man bereits bei Würfelquallen; bei Arthropoden, Mollusken und Wirbeltieren sind sie die Regel. Für den Anpassungswert wichtige Sehleistungen sind Schreckreaktionen (insbes. Bewegungssehen), Partnerwahl, Futtersuche etwa anhand der Farben von Früchten und Blüten sowie Figur-Grund-Unterscheidung zur Erkennung von Räubern bzw. Beute. Insbes. in den beiden letzten Bereichen finden ausgeprägte Koevolutionsprozesse etwa von Fruchtfärbungen und dem Farbensehen der Primaten oder zw. Tarnungs- und Entdeckungsmechanismen statt.

Referenzen und vertiefende Literatur

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