Purkinje-Effekt

Der Purkinje -Effekt oder Purkinje-Phänomen , manchmal auch Purkinje-Verschiebung genannt (oft ausgesprochen /pərˈkɪndʒi / ) , [ 1 ] ist die Tendenz des ^{Auges , seine} maximale Lichtempfindlichkeit bei schwacher Beleuchtung im Rahmen der Dunkeladaptation in Richtung des blauen Endes des Farbspektrums zu verschieben . ^{[ 2 ] [ 3 ]} Infolgedessen erscheinen Rottöne im Vergleich zu anderen Farben dunkler, wenn die Lichtstärke abnimmt. ^{[ 4 ]} Der Effekt ist nach dem tschechischen Anatomen Jan Evangelista Purkyně ( tschechisch: [ˈpurkɪɲɛ]) benannt. ). Obwohl der Effekt häufig aus der Perspektive desmenschlichen Auges, ist er bei einer Reihe von Tieren unter demselben Namen gut belegt und beschreibt die allgemeine Verschiebung der spektralen Empfindlichkeit aufgrund der Zusammenführung der Ausgangssignale vonStäbchenundZapfenim Rahmen der Hell-Dunkel-Adaptation. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

Dieser Effekt bewirkt einen Unterschied im Farbkontrast bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen. So erscheinen beispielsweise Geranienblüten im hellen Sonnenlicht leuchtend rot vor dem matten Grün ihrer Blätter oder benachbarter blauer Blüten. Betrachtet man dieselbe Szene jedoch in der Dämmerung , kehrt sich der Kontrast um: Die roten Blütenblätter wirken dunkelrot oder schwarz, während Blätter und blaue Blütenblätter relativ hell erscheinen.

Die Lichtempfindlichkeit im skotopischen Sehen ^{[ a ]} variiert mit der Wellenlänge, obwohl die Wahrnehmung im Wesentlichen schwarz-weiß ist . Die Purkinje-Verschiebung beschreibt das Verhältnis zwischen dem Absorptionsmaximum von Rhodopsin , das bei etwa 500 Nanometern (2,0 × 10⁻⁵ ^Zoll  ) liegt, und dem der Opsine in den langwelligen Zapfen, die im photopischen Sehen dominieren ^{[ b ]} , bei etwa 555 Nanometern (2,19 × 10⁻⁵ ^Zoll  ) (grün). ^{[ 9 ]}

In der visuellen Astronomie kann die Purkinje-Verschiebung die visuelle Schätzung veränderlicher Sterne beeinflussen , wenn Beobachter Vergleichssterne unterschiedlicher Farben verwenden, insbesondere wenn einer der Sterne rot ist. ^{[ 10 ]}

Der Purkinje-Effekt tritt beim Übergang zwischen der primären Nutzung des photopischen (zapfenbasierten) und des skotopischen (stäbchenbasierten) Systems auf, also im mesopischen Zustand: Mit abnehmender Lichtintensität übernehmen die Stäbchen die Funktion, und bevor die Farbe vollständig verschwindet, verschiebt sie sich in Richtung der maximalen Empfindlichkeit der Stäbchen. ^{[ 11 ]}

Dieser Effekt entsteht dadurch, dass unter mesopischen Bedingungen die Signale der Zapfen in der Netzhaut , die im Allgemeinen für die Farbwahrnehmung bei Tageslicht verantwortlich sind, mit den Signalen der Stäbchen zusammengeführt werden , die unter diesen Bedingungen empfindlicher sind und ihre höchste Empfindlichkeit im grünlich-blauen Wellenlängenbereich von 507 nm aufweisen.

Die Unempfindlichkeit der Stäbchen gegenüber langwelligem (d. h. rotem) Licht hat dazu geführt, dass unter bestimmten speziellen Umständen rotes Licht verwendet wird – beispielsweise in den Kontrollräumen von U-Booten, Forschungslaboren, Flugzeugen und bei der Beobachtung mit bloßem Auge in der Astronomie. ^{[ 12 ]}

Rotes Licht wird eingesetzt, wenn sowohl das photopische als auch das skotopische Sehsystem aktiviert werden sollen. U-Boote sind gut beleuchtet, um die Sicht der Besatzungsmitglieder zu verbessern. Der Kontrollraum hingegen muss anders beleuchtet sein, damit die Besatzung die Instrumententafeln ablesen kann und gleichzeitig nachts an die Dunkelheit adaptiert bleibt, um das Periskop bedienen zu können. Durch die Verwendung von rotem Licht oder das Tragen roter Brillen (sogenannter „Dunkeladaptorbrillen“) erhalten die Zapfen im Auge genügend Licht für photopisches Sehen (die für das Lesen erforderliche hohe Sehschärfe). Die Stäbchen werden durch das helle rote Licht nicht gesättigt, da sie für langwelliges Licht unempfindlich sind, sodass die Besatzungsmitglieder dunkeladaptiert bleiben. ^{[ 13 ]} Auch in Flugzeugcockpits wird rotes Licht verwendet, damit Piloten ihre Instrumente und Karten ablesen und gleichzeitig ihre Nachtsicht beibehalten können, um die Umgebung des Flugzeugs zu sehen.

Auch in der Forschung wird häufig rotes Licht eingesetzt. Viele Versuchstiere (wie Ratten und Mäuse) haben ein eingeschränktes photopisches Sehen, da sie deutlich weniger Zapfen-Photorezeptoren besitzen. ^{[ 14 ]} Die Versuchstiere nehmen rotes Licht nicht wahr und erleben daher Dunkelheit (die Aktivitätsphase nachtaktiver Tiere). Die menschlichen Forscher hingegen, die über einen Zapfentyp (den „L-Zapfen“) verfügen, der für langwelliges Licht empfindlich ist, können Instrumente ablesen oder Verfahren durchführen, die selbst mit vollständiger Dunkeladaptation (aber geringer Sehschärfe) im skotopischen Sehen nicht praktikabel wären. ^{[ 15 ]} Aus demselben Grund werden Gehege für nachtaktive Tiere in Zoos oft mit rotem Licht beleuchtet.

Der Effekt wurde 1819 von Jan Evangelista Purkyně entdeckt . Purkyně war ein Universalgelehrter ^{[ 16 ]} , der oft im Morgengrauen auf langen Spaziergängen durch die blühenden Felder Böhmens meditierte . Er bemerkte, dass seine Lieblingsblumen an einem sonnigen Nachmittag leuchtend rot erschienen, im Morgengrauen hingegen sehr dunkel. Daraus schloss er, dass das Auge nicht nur ein, sondern zwei Systeme zur Farbwahrnehmung besitzt: eines für helles Licht und eines für Dämmerung und Morgengrauen.

Purkyně schrieb in seinen Neuen Beiträgen: ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Objektiv betrachtet hat der Grad der Beleuchtung einen großen Einfluss auf die Farbintensität. Um dies besonders deutlich zu machen, betrachten wir einige Farben vor Tagesanbruch, wenn es langsam heller wird. Anfangs sieht man nur Schwarz und Grau. Vor allem die leuchtendsten Farben, Rot und Grün, erscheinen am dunkelsten. Gelb ist von einem rosigen Rot kaum zu unterscheiden. Blau fiel mir zuerst auf. Nuancen von Rot, die sonst im Tageslicht am hellsten leuchten, nämlich Karminrot, Zinnoberrot und Orange, wirken im Gegensatz zu ihrer durchschnittlichen Helligkeit zunächst am dunkelsten. Grün erscheint mir bläulicher, und sein Gelbstich entwickelt sich erst mit zunehmendem Tageslicht.

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• Farboptische Täuschungen, Purkinje-Effekt