blelb Das Labor für Gestaltung zwischen Kunst und Technik

Das Hermann`sche Gitter mit Szintillationseffekt

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Ein ungeklärtes Phänomen
Beim Betrachten des Titelbildes mit weit geöffneten Augen blitzen in einigen weissen Kreisscheiben plötzlich tiefschwarze Flecken auf. Sie kommen und gehen, wenn man den Blick schweifen lässt. Sie lassen sich nicht fixieren, denn sobald eine bestimmte weisse Scheibe genau betrachtet wird, verschwindet in ihr der schwarze Fleck augenblicklich. Bei einäugiger Betrachtung treten die schwarzen Blitze etwas weniger häufig auf. Dieses Phänomen wurde 1985 von J. R. Bergen [1] entdeckt und kann bis heute nicht befriedigend erklärt werden.

Das klassische Hermann`sche Gitter
Die grauen Flecken an den Gitterkreuzungen des linken Bildes existieren nicht wirklich. Sie entstehen in den Köpfen der Betrachter.
Hermann Gitter Hermann Gitter
Dieser Effekt ist eine Folge der rezeptiven Feldorganisation der Netzhaut und kann mit lateraler Inhibition zwischen benachbarten Netzhautzellen, welche Signale von benachbarten weissen und schwarzen Bildelementen registrieren, begründet werden. Ein schwarzes Umfeld verstärkt die Wahrnehmung eines weissen Zentrums und umgekehrt. Die weissen Kreuzungen haben im Vergleich zu den weissen Strassen ein reduziertes schwarzes Umfeld und erhalten deshalb graue Flecken. Diese entstehen allerdings nur im peripheren Bereich des Gesichtsfeldes, also niemals auf einer Kreuzung in Blickrichtung, welche auf die Sehgrube, den Ort des deutlichen Sehens, abgebildet wird. Die rezeptiven Felder*) der Sehgrube sind klein, ausserhalb hingegen gross. Weil eine weisse Kreuzung in Blickrichtung durch viele kleine rezeptive Felder erfasst wird, bleibt das Innere stets weiss, und somit verschwindet der gespenstische dunkle Fleck, sobald Sie ihn genauer beobachten möchten. Wenn die Strassen soweit verbreitert werden, bis sie in Querrichtung mehrere grosse rezeptive Felder abdecken, verschwindet das Phänomen.

Wird in der Zeichnung Schwarz und Weiss vertauscht (siehe Bild rechts), so kehrt sich die Täuschung um: Auf den peripheren schwarzen Kreuzungen werden jetzt helle Flecken wahrgenommen und die Kreuzung in Blickrichtung bleibt aus den erwähnten Gründen schwarz. Ludimar Hermann entdeckte dieses berühmt gewordene Kontrastphänomen 1870, als er ordentlicher Professor für Physiologie an der Universität Zürich war [2]. Etwa 100 Jahre später verwendete an demselben Forschungsinstitut Professor Guenter Baumgartner (und etwas später auch Lothar Spillmann) dieses Gitter als Messinstrument zur Grössenbestimmung der rezeptiven Felder der menschlichen Retina [3]. Die späteren Nobelpreisträger D.H. Hubel und T.H. Wiesel verdanken ihren Erfolg teilweise den Pionierleistungen von G. Baumgartner.

*) Das rezeptive Feld einer Nervenzelle des Sehsystems ist derjenige Bereich der Netzhaut, innerhalb dessen eine Veränderung der Reizintensität zu einer Veränderung des Entladungsverhaltens dieser Zelle führt.


Modifikationen des Hermann`schen Gitters
Walter Ehrenstein sparte 1941 die Kreuzungen des Hermann`schen Gitters aus und schuf damit die im Anhang von Spot 06 dokumentierte klassische Ehrenstein-Täuschung [4]. Eine dynamische, interaktive blelb-Variante dieser Täuschung zeigt das Applet der Titelseite von Spot 06.

Zur Entstehung des Titelbildes von Spot 29
1994 produzierte das Ehepaar Elke und Bernd Lingelbach in Zusammenarbeit mit Michael Schrauf eine unscharfe Version des Hermann`schen Gitters mit grauen Strassen und weissen Kreisscheiben auf den Kreuzungen [5] und optimierten damit den 1985 entdeckten Szintillationseffekt. Kurz vor Weihnachten 2000 ging dann im Zusammenhang mit dem umstrittenen Finale der Präsidentenwahl in Florida ein witziges Mail mit diesem neuen Gitter rund um die Welt, mit der Aufforderung, die Zahl der schwarzen Flecken (Stimmen für Al Gore) sowie die Zahl der weiss bleibenden Kreuzungen (Stimmen für George W. Bush) genau auszuzählen [6].

Ein Schielbild von blelb
(Die Anleitung zum Schielen finden Sie in Spot 11.)
Szintillations-Effekt
Das Bildpaar dient einem dichoptischen Experiment: Den beiden Augen werden durch Schielen verschiedene Bilder präsentiert, welche nach der binokularen Vereinigung der beiden Netzhautinformationen zu einem einzigen Bild fusionieren. Nur das Einzelbild rechts zeigt aufblitzende schwarze Flecken. Nach der Fusion ist das Aufblitzen nicht mehr oder nur noch selten und abgeschwächt zu sehen. Wir vermuten deshalb, dass der Szintillationseffekt noch vor der Fusion, nämlich auf dem Weg zum primären Sehzentrum V1 entstanden sein muss. Dieser Effekt könnte mit den sakkadischen Augenbewegungen, evtl. mit den Mikrosakkaden korreliert sein. Die oben erwähnte Ehrenstein-Täuschung (siehe Spot 06) entsteht hingegen, wie entsprechende dichoptische Experimente zeigen, erst nach der binokularen Vereinigung und hat somit ihren Ursprung eindeutig in der Grosshirnrinde.
Literatur:
[1] Bergen, J.R. (1985) Hermann`s grid: New and improved.
Investigative Ophthalmology and Visual Science 22, suppl. 280
[2] Hermann, L. (1870) Eine Erscheinung simultanen Contrastes.
Pflügers Archiv für die gesamte Physiologie 3, 13-15
[3] Baumgartner G. (1960) Indirekte Grössenbestimmung der rezeptiven Felder der Retina
beim Menschen mittels der Hermann`schen Gittertäuschung.
Pflügers Archiv für die gesamte Physiologie 272, 21-22
[4] Ehrenstein, W. (1941) Über Abwandlungen der L. Herrmann`schen Helligkeitserscheinung.
Zeitschrift für Psychologie 150, 83-91
[5] Schrauf, M., Lingelbach, B., Lingelbach, E., Wist, E.R. (1995) The Hermann grid
and the scintillation effect. Perception 24, suppl. 88-89
[6] Bernd Lingelbach, Walter H. Ehrenstein jr. Das Hermann-Gitter und die Folgen.
http://www.leinroden.de/304herfol.htm
29.08.2005