5 Antworten auf die Geschwindigkeitsgrenzen der menschlichen visuellen Wahrnehmung

Die Geschwindigkeit der menschlichen visuellen Wahrnehmung ist ein überraschend komplexes Thema, auf das es keine eindeutige Antwort gibt. Es kommt darauf an, welche Art von Geschwindigkeit man betrachtet. Hier beleuchten wir fünf faszinierende Aspekte des Sehens und geben Antworten auf die derzeit bekannten Grenzen unserer Wahrnehmungsfähigkeit – viel Spaß!

1. Was ist die kürzeste Zeitspanne, in der wir einen Lichtblitz wahrnehmen können?

Wie so viele interessante Antworten in der Wissenschaft, so kam auch diese eher zufällig zustande und erwies sich als weit über das hinaus, was sich irgendjemand hätte vorstellen können.

Mehrere Astronauten im Weltraum berichteten von unerklärlichen Anomalien: extrem kurze Lichtflecken und flüchtige Lichtstreifen, die sie sogar mit geschlossenen Augen wahrnahmen. Diese traten alle paar Minuten auf. Wie sich herausstellte, beobachteten sie ein erst kürzlich entdecktes Phänomen: hochenergetische kosmische Teilchen. Diese stellen die mit Abstand schnellste Masse im bekannten Universum dar.

Die exotischen Teilchen stammen aus unserer Milchstraße, erreichen aber Geschwindigkeiten nahe dem Licht, sodass die zu ihrer Beschleunigung benötigte Energie alles in der Astrophysik Bekannte übersteigt – nicht einmal die Kollision zweier supermassereicher Schwarzer Löcher käme dem nahe! Beim Eintritt in die Erdatmosphäre wird ihre Energie in unzählige neue Teilchen umgewandelt (E = mc²).

Der springende Punkt ist, dass bei dieser extremen Geschwindigkeit die Zeit, die benötigt wird, um solche hochenergetischen Teilchen mit dem menschlichen Auge wahrzunehmen, in der Größenordnung von Femtosekunden – buchstäblich Quadrillionstel einer Sekunde!

Je heller der Blitz, desto kürzer die Zeit, die zu seiner Wahrnehmung benötigt wird. Im Weltraum gibt es vernachlässigbare Lichtverschmutzung, daher ist der Kontrast zwischen Hell und Dunkel nahezu maximal.

Die neurobiologischen Mechanismen der Wahrnehmung hochenergetischer Teilchen sind derzeit jedoch noch nicht vollständig verstanden. Vermutlich spielen dabei Millionen verschiedener Neuronen eine Rolle, die potenziell einen sensorischen Reiz aufnehmen können. Je weniger Neuronen dies tun, desto ungenauer ist die Wahrnehmung. Einige Studien zeigen, dass unsere Augen potenziell ein einzelnes Photon detektieren, dies ist jedoch ein Zufallsereignis.

2. Wie viele „FPS“ benötigen wir, um flüssige Bewegungen wahrzunehmen?

„Bilder pro Sekunde“, kurz „FPS“, ist der gängige Maßstab für unsere visuellen Technologien wie Computerbildschirme, Fernseher und Kameras. Es erweist sich auch für uns Menschen als nützliches Messinstrument.

Die Antwort auf diese Frage wurde Ende des 19. Jahrhunderts mit der Erfindung des Kinos gefunden. Frühe Kinofirmen stellten fest, dass 16 Bilder pro Sekunde (FPS) das absolute Minimum waren, um dem Gehirn die Wahrnehmung einer kontinuierlichen Bewegung auf der Leinwand zu vermitteln. Hieraus lässt sich ableiten, wie unser Gehirn einzelne Bilder bei den Geschwindigkeiten von Filmen (24 FPS) und typischen Computerbildschirmen (60 FPS) zu einer Bewegung zusammenfügt.

Das ist überraschend niedrig, denn viele Tiere, wie zum Beispiel Vögel, benötigen mindestens 75 Bilder pro Sekunde, um überhaupt Bewegung wahrzunehmen. Für sie ist der Blick auf einen Fernseher dasselbe wie das Betrachten einer Abfolge einzelner statischer Bilder.

Diese menschliche Fähigkeit verdeutlicht, wie wenig visuelle Information unser Gehirn benötigt, um sensorische Informationen zu extrapolieren. Hier ein Beispiel aus der Psychophysik.

Wie Sie sehen, können wir aus einer erstaunlich geringen Anzahl von Hinweisen ein internes Bewegungsmodell erstellen – unsere visuellen Zentren leisten dabei die Hauptarbeit!

3. Wie viele Lichtblitze pro Sekunde sind erforderlich? (Betrachten Sie Licht als kontinuierlich.).

Die Antwort heißt Flimmerfusionsschwelleund stammt ebenfalls von den Pionieren des Kinos. Obwohl Bewegung bei 16 Bildern pro Sekunde wahrgenommen werden konnte, wurde das Flackern des Bildschirms bei dieser Bildrate als unerträglich empfunden. Hier ist ein Beispiel aus dem allerersten Film.

Um dieses Problem zu lösen, wurde eine neue Verschlusstechnologie entwickelt, die jedes einzelne Bild mehrmals nacheinander aufblitzt. Die Blitzfrequenz, bei der das Blitzen angenehm und relativ unmerklich wurde, lag bei etwa 46 Blitzen pro Sekunde.

Daher ist unsere Fähigkeit, Lichtimpulse bewusst wahrzunehmen, in etwa dreimal so schnell wie unsere Fähigkeit, Bewegungen zu erfassen (gemessen in Bildern pro Sekunde). Kurz gesagt: Wir reagieren deutlich empfindlicher auf Helligkeit als auf Bewegung.

4. Wie schnell können wir die Abwesenheit von Licht wahrnehmen?

Anders ausgedrückt: Wie schnell können wir einen kurzen schwarzen Blitz inmitten von Dauerlicht wahrnehmen? In diesem Bereich wurden Studien mit jüngeren und älteren Probanden durchgeführt, um die altersbedingte Sehverschlechterung zu untersuchen. Die Wahrnehmungsdauer lag bei jüngeren Erwachsenen bei etwa 18 Millisekunden und bei älteren Erwachsenen bei etwa 22 Millisekunden.

Das entspricht 45 bis 55 Bildern pro Sekunde, wenn ein einzelnes dunkles Bild nicht mehr wahrnehmbar ist bzw. kein Flimmern mehr auftritt. Zu beachten ist hierbei, dass es sich um einen Durchschnittswert handelt; die individuellen Ergebnisse können stark variieren.

Selbst in einer kleinen Studiengruppe konnten einige Teilnehmer einen einzelnen schwarzen Blitz inmitten von 500 Lichtblitzen pro Sekunde (oder 2 Millisekunden) erkennen. Das ist extrem schnell. Zum Vergleich: Ein Lidschlag dauert 100–400 Millisekunden und wird daher üblicherweise nicht bewusst wahrgenommen.

5. Wie lange müssen wir eine Szene sehen, um sie identifizieren zu können?

Forschungen aus dem Jahr 2014 zur schnellen Bilderkennung haben gezeigt, dass wir bestimmte Szenen in deutlich kürzerer Zeit erkennen können als bisher angenommen. In Experimenten, bei denen verschiedene zufällig ausgewählte Bilder (z. B. ein Haus, ein Hund, ein Wald usw.) in schneller Folge gezeigt wurden, konnten die Probanden eine bestimmte Szene in nur 13 Millisekunden erkennen oder sich daran erinnern.

Das bedeutet, dass einem 75 verschiedene Bilder pro Sekunde angezeigt werden und man mit einiger Sicherheit sagen kann, ob ein bestimmtes Bild vorhanden war oder nicht. Sie können selbst sehen, wie bemerkenswert schnell das tatsächlich ist.

Interessanterweise stellte sich heraus, dass dies nicht die Grenze war, sondern lediglich die schnellste Geschwindigkeit, mit der die Forscher zu diesem Zeitpunkt Bilder darstellen konnten.

So, das war's. Hoffentlich haben Sie gelernt, dass das menschliche Sehvermögen komplexer und geheimnisvoller ist, als Sie dachten, und dass es wirklich bemerkenswert ist. Wenn Sie tiefer in die Materie eintauchen möchten, bietet dieses großartige YouTube-Video von TechLaboratories weitere Informationen.