Seminar: Visuelle Neurowissenschaften Dozent: Prof. Dr. Gegenfurtner Referentin: Claudia Joas

1. Cardinal directions of color spaceJ. Krauskopf, D.R. Williams, D.W. HeeleyVision Research, 22, 1982 Seminar: Visuelle Neurowissenschaften Dozent: Prof. Dr. Gegenfurtner Referentin: Claudia Joas

2. Überblick • Farbensehen: Grundlagen • Experiment: Grundlagen und Grundgedanken, Versuchsaufbau • Betrachtung verschiedener Einzelaspekte • Zusammenfassung

3. Farbensehen: Grundlagen Drei verschiedene Zapfentypen im Auge reagieren bevorzugt auf Licht unterschiedlicher Wellenlängen. Es gibt jedoch starke Überlappungen der Signale der einzelnen Zapfen.

4. Farbensehen: Grundlagen In den Gegenfarbkanälen erfolgt daher eine Differenzbildung der Signale, die bewirkt, dass redundante Information ausgeblendet wird.

5. Experiment: • Grundfrage von Krauskopf und Kollegen: • Wie genau funktioniert die Interaktion der Zapfensignale jenseits der Rezeptorebene? • Was ist die neuronale Grundlage der Gegenfarbmechanismen?

6. Experiment: Grundgedanken I • Krauskopf und Kollegen maßen die Adaptation des Auges auf farbliche Veränderungen entlang verschiedener Achsen des Farbraums.

7. Experiment: Grundgedanken II • Vor und nach jeder Adaptationsphase wurden die Schwellen für das Entdecken von Farbveränderungen gemessen. • Frage: Ändern sich die Schwellen nach der Adaptation an bestimmte Farbrichtungen? • Und, falls ja, an welche?

8. Experiment: Grundgedanken III • Ändern sich die Schwellen auch für das Entdecken von Helligkeitsunterschieden? • Schwellenänderungen in bestimmten Farbrichtungen würden auf die Existenz neuronaler Pfade hinweisen, die speziell diese Farbrichtungen verarbeiten.

9. Experiment: Apparatur • Gerät: Computer-kontrollierter Farbmischer • Drei Laser mit rotem, grünem und blauem Licht ermöglichen die Herstellung aller möglichen Farbvariationen mittels additiver Farbmischung.

10. Experiment: Methode • Zu Beginn des Experiments stellten die Versuchspersonen aus den drei Grundfarben eine Mischung ein, die ihnen subjektiv weiß erschien. • Um Farbänderungen zu erzeugen, wurden die Helligkeitsanteile der verschiedenen Laserlichter entsprechend erhöht/reduziert. Die Gesamt-Helligkeit wurde dabei konstant gehalten.

11. Erste Phase • In der ersten Phase des Experiments wurden auf der Grundlage der Gegenfarbtheorie zwei provisorische Farbachsen definiert:

12. Erste Phase gelb-blau • Eine provisorische gelb-blau-Achse (P1) • Eine provisorische rot-grün-Achse (P2) • Zusätzlich eine Helligkeits-Achse rot-grün

13. Vorgehen 1. VP betrachtet ein weißes Feld für 30 sec. 2. Schwellenmessung in Rot-Grün-Richtung: Ab welchem Sättigungsgrad einer gezeigten Farbe (rot, bzw. grün) werden Unterschiede zu Weiß erkannt?

14. Vorgehen 3. Habituationsphase: VP betrachtet 30 Sekunden lang ein Feld, dessen Farbe im Sekundentakt von rot nach grün und zurück wechselt.

15. Vorgehen 4. Erneute Schwellenmessung: Wie haben sich die Schwellen für das Erkennen von rot und grün verändert? Für die gelb-blaue Farbrichtung bzw. die Helligkeitsdimension ist der Vorgang entsprechend.

16. Ergebnis: • Nach Adaptationsphase signifikante Schwellenänderungen für Farberkennung • Betrachtung des Habituationsfeldes für 15 Sekunden genügte, um maximale Schwellenunterschiede zu produzieren. „Change in log threshold“ Schwelle nach 15 Sekunden

17. Verschiedene Einzelaspekte: • Effekt der Amplitude des Habituationsreizes • Generalisierbarkeit der Habituation auf andere Farbrichtungen • Farbe und Helligkeit • „Einbahnstraße“ oder „Gegenverkehr“: sind die Farbrichtungen uni- oder bidirektional? • Exakte Definition der Farbrichtungen

18. Amplitude des Habituationsreizes • Änderungen der Amplitude des Habituationsreizes = • Änderungen des Sättigungsgrades der jeweiligen Farben • Wie wirken sie sich auf die Schwellen aus?

19. Amplitude des Habituationsreizes • Je gesättigter die Farben des Habituationsreizes, desto größer die Unterschiede der Schwellen vor und nach dem Adaptationsprozess.

20. Generalisierbarkeit der Habituation • Erfolgt Adaptation in einer Farbrichtung, werden die Schwellen für das Erkennen der Farben dieser Richtung erhöht. • Erhöhen sich auch die Schwellen für das Erkennen anderer Farben?

21. Generalisierbarkeit der Habituation gelb-blau-Achse • Adaptation erfolgte entlang der bekannten provisorischen Farbachsen. • Gemessen wurden anschließend die Schwellen für die eingezeichneten acht Farbrichtungen. rot-grün-Achse

22. Generalisierbarkeit der Habituation: Ergebnisse a) b) • Starke selektive Schwellenänderungen! • Höchste Schwellen in der Habituationsrichtung (a: gelb-blau; b: rot-grün). • Fast keine Schwellenänderung in der orthogonalen Richtung.

23. Generalisierbarkeit der Habituation: Ergebnisse • c) und d): • Habituationsachsen wurden um 45° rotiert. • Ergebnis: Schwellenerhöhungen erfolgten nahezu gleichmäßig in allen Richtungen. c) d)

24. Frage an Euch: • Welche Schlussfolgerung würdet Ihr aus diesem Ergebnis ziehen?

25. Antwort: • Offenbar ist es nicht egal, welche Farbrichtungen gewählt werden. • Die rot-grün- und die blau-gelb-Achse scheinen eine besondere Rolle zu spielen. • Willkürlich gewählte Farbachsen führen nicht zu den gleichen Ergebnissen.

26. Farbe und Helligkeit • Die bisherigen Ergebnisse lassen auf zwei Farbachsen schließen. • Gibt es noch eine dritte, eine Helligkeits-, bzw. Intensitäts-Achse? • Versuch: Habituationsexperiment mit Stimuli, die in Farbe (rot-grün) und in Helligkeit variierten.

27. Farbe und Helligkeit: Ergebnisse • Adaptation an einen Stimulus, der nur in der Helligkeit variiert, führt zu erhöhten Schwellen für Helligkeit, nicht aber für Farbe. • Dasselbe gilt im umgekehrten Fall. • Adaptation an Stimuli, die in beiden Aspekten variieren, führen zu erhöhten Schwellen für Farbe und für Helligkeit.

28. „Einbahnstraße“ versus „Gegenverkehr“ • Die bisher beschriebenen Ergebnisse weisen auf drei verschiedene Bahnen hin: eine grün-rote, eine blau-gelbe und eine Helligkeitsbahn. • Gibt es nur eine Nervenbahn für rot-grüne Farbveränderungen, oder existieren zwei getrennte „Einbahnstraßen“ für eine grün-rote vs. eine rot-grüne Richtung? • Ebenso natürlich für blau-gelb vs. gelb-blau und hell-dunkel vs. dunkel-hell?

29. „Einbahnstraße“ versus „Gegenverkehr“ • Versuche mit selektiver Habituation in die einzelnen Farbrichtungen weisen darauf hin. • Schwellenänderungen erfolgen selektiv in die jeweilige Richtung. • Es handelt sich also tatsächlich um ein „Einbahnstraßen“-System.

30. Exakte Definition der Farbrichtungen • Die bisher im Versuch verwendeten Farbachsen waren willkürlich definiert. • Suche nach den tatsächlichen physiologischen Farbachsen. • Von den provisorischen Achsen ausgehende schrittweise Rotation der Achsen im Farbraum und Suche nach den Achsen, die maximale Schwellenunterschiede produzieren.

31. Exakte Definition der Farbrichtungen: Ergebnis Tatsächliche gelb-blau-Achse • Die physiologische rot-grün-Achse entspricht der provisorischen Achse. • Die psysiologische gelb-blau-Achse unterscheidet sich von der vorher definierten. • Sie entspricht einer tritanopen Achse. Provisorische gelb-blau-Achse Provisorische rot-grün-Achse

32. Zusammenfassung • Die Ergebnisse von Krauskopf und Kollegen weisen darauf hin, dass es sechs kardinale Farbrichtungen gibt: • Rot-grün, grün-rot, hell-dunkel, dunkel-hell, gelb-blau und blau-gelb. • Diese Befunde entsprechen der Gegenfarbtheorie, wobei die gelb-blaue Farbrichtung von der erwarteten Linie abweicht.

33. Danke für Eure Aufmerksamkeit!