Studie erklärt, warum Rot, Gelb, Grün und Blau besondere Farben sind

Seit der deutsche Physiologe Ewald Hering im 19. Jahrhundert eine Theorie dazu aufstellte, gelten Rot, Gelb, Grün und Blau in der Farbforschung als besondere Farbtöne – was sich bis heute auf jedem modernen Farbkreis erkennen lässt.

Diese Farben werden häufig als „reine“ Farben betrachtet, also als Farben, die nicht als Mischung anderer Farben verstanden werden: Orange gilt üblicherweise als Verbindung von Gelb und Rot, während Rot kaum als Mischung aus Orange und Violett wahrgenommen wird.

Obwohl Experimente diese Annahme teilweise stützen, fiel es Fachleuten bisher schwer, diese vier Farbtöne eindeutig mit unserem Wissen darüber zu verknüpfen, wie das Auge Licht aufnimmt und wie das Gehirn Farben verarbeitet.

Rot, Gelb, Grün und Blau in der Natur

Deshalb suchte ein Forschungsteam aus den USA nach Erklärungen in der Natur. Eine neue Untersuchung, veröffentlicht in der Zeitschrift der Optischen Gesellschaft Amerikas A, könnte nun aufzeigen, weshalb Rot, Gelb, Grün und Blau so herausragen.

„Ihr besonderer Status bleibt rätselhaft“, sagt der Neurowissenschafter Alexander Belsten von der University of California, Berkeley (UC Berkeley).

„Keine bekannte Eigenschaft des Lichts – weder die Zapfen-Photorezeptoren im Auge noch neuronale Repräsentationen im Gehirn – kann erklären, warum gerade diese vier Farbtöne und nicht eine andere Gruppe diese privilegierte Stellung einnehmen sollten.“

Um dieses Rätsel zu lösen, werteten Belsten und seine Kolleginnen und Kollegen mehr als 500 Aufnahmen aus der Natur aus. Mithilfe von Computermodellen simulierten sie, wie das menschliche Auge darauf über seine drei Arten lichtempfindlicher Photorezeptorzellen, die Zapfen, reagieren würde – jeweils eine für lange, mittlere und kurze Lichtwellenlängen.

Im Ergebnis beschrieben die Daten, wie unsere Augen die Welt erfassen: welche Farben am häufigsten auftreten und welche Signale sie auslösen.

Entscheidend war die Erkenntnis, dass die Farbpalette der Natur nicht gleichmässig verteilt ist. Sie weist vielmehr eine Häufung bei Rot, Gelbgrün und Blau auf.

„Die Farbverteilung in der Umwelt ist stark asymmetrisch und ungleichmässig“, erklärt der Neurowissenschafter Bruno Olshausen von der UC Berkeley. „Bisher hat das niemand untersucht, weil diese sehr grossen Datensätze erst seit vergleichsweise kurzer Zeit verfügbar sind.“

„Man braucht Millionen und Abermillionen von Pixeln, bevor die dominierenden Farben sichtbar werden, denn manche Farbpixel kommen nur einmal unter 100.000 oder einmal unter einer Million vor.“

Wie das Gehirn Farbinformationen vereinfacht

Die Forschenden vermuten, dass das menschliche Gehirn diese eintreffende Farbpalette vereinfacht. Rot, Gelb, Grün und Blau – ergänzt um Schwarz und Weiss – dienen demnach als besonders einfache Grundlage, um die Umwelt zu verschlüsseln.

Fachsprachlich wird dies als spärliche Kodierung bezeichnet, also als effiziente Verarbeitung eines breiten Spektrums sensorischer Informationen.

Wenn das Gehirn sämtliche Farben der Natur mit möglichst wenigen neuronalen „Bausteinen“ nachbilden möchte, eignet sich offenbar die Gegenüberstellung Rot gegen Grün, Blau gegen Gelb sowie Schwarz gegen Weiss besonders gut.

„Die Schlussfolgerung der spärlichen Kodierung führt wechselseitige Ausschliesslichkeit ein … und erzeugt eine Farbrepräsentation, die die Phänomenologie der Farbwahrnehmung widerspiegelt“, sagt Belsten.

Studie verbindet Farbtheorie und Zapfen-Photorezeptoren

Es handelt sich um eine theoretische Studie. Dennoch bringt sie sowohl die vier von Hering beschriebenen reinen Farbtöne als auch die drei Zapfen-Photorezeptoren der Augen in Einklang – nicht, indem jede Farbe einzeln zugeordnet wird, sondern durch Kombinationen, die um die zentralen Farbtöne gruppiert sind.

Als Nächstes sollen diese Ideen unter realen Bedingungen geprüft werden: mit räumlichen Anordnungen und Formen aus der tatsächlichen Umwelt sowie mit menschlichen Testpersonen. Das Team bringt zudem die Möglichkeit ins Spiel, die Farbwahrnehmung anderer Arten zu untersuchen, um herauszufinden, wie unterschiedliche Mitglieder des Tierreichs die Welt womöglich anders sehen.

„Was mich wirklich begeistert, ist, dass wir nun erstmals eine Erklärung haben“, sagt Olshausen. „All diese Teile fügen sich einfach zusammen. Es ist fast zu gut, um wahr zu sein.“

„Das trifft genau die Vorstellung der Gegenfarbigkeit, die Physiologen bereits im 19. Jahrhundert beschrieben haben: Blau und Gelb scheinen Gegensätze zu sein, ebenso Rot und Grün.“

Die Forschung wurde in der Zeitschrift der Optischen Gesellschaft Amerikas A veröffentlicht.