Adaptation

Auch die Adaptation des Auges spielt für die Wahrnehmung der Umwelt durch ein Schutzglas eine Rolle. Das menschliche Auge ist in der Lage an die Bedingungen Hell und Dunkel, aber auch an Farben zu adaptieren. Dies führt zu einer Farbkonstanz, also einem gleichbleibenden Farbeindruck eines Objektes in unterschiedlicher Umgebung und Beleuchtung (Olkkonen, et al., 2008). Die so genannte chromatische Adaptation wird in Kurzzeit-Adaptation innerhalb von Sekunden bis Minuten und Langzeit-Adaptation innerhalb von Tagen bis Wochen, unterteilt (Belmore & Shevell, 2011).

Die chromatische Kurzzeit-Adaptation bezieht sich meist auf eine Belichtungszeit von 15 Minuten oder weniger (Belmore & Shevell, 2011). Die Effekte verschwinden nach einigen Sekunden bis Minuten (Jameson, et al., 1979), (Rinner & Gegenfurtner, 2000), (Belmore & Shevell, 2011).

Einerseits findet eine Sensitivitätsverschiebung der drei Zapfentypen statt und damit eine Veränderung der auf Rezeptorebene generierten Signale. Die Sensitivität wird anhand der Absorption des Iodopsins bei den Wellenlängen 440nm, 530nm bzw. 560nm bestimmt

(Jameson, et al., 1979). Die fotosensitiven Pigmente der retinalen Rezeptoren bleichen durch die Absorption von Licht aus und regenerieren sich wieder, wenn die Erregung verringert wird (Boynton & Whitten, 1972).

Die Rezeptoradaptation schütz die Nervenzellen vor dauerhafter Überaktivierung auf einem hohen Level (Jameson, et al., 1979).

Andererseits findet auf neuraler Ebene eine Verschiebung der Nulllinie der Erregung bei Komplementärfarben statt. Die menschliche Farbkodierung findet im visuellen System über ein 3-Kanal-System statt. Unterschieden werden der achromatische Schwarz-weiß- Kanal, der Rot-grün-Kanal und der Gelb-blau-Kanal (Jameson, et al., 1979).

Shevell schrieb 1978, dass die Veränderung einer Farberscheinung, die durch die Veränderung der Adaptation bei zufügen einer zweiten Farbe hervorgerufen wird, nicht alleine druch die beiden ursprünglichen Farben vorausgesagt werden kann. Denn betrachtet man zwei gelbe Lichter, die sich in ihrer Helligkeit und / oder ihrer Sättigkeit unterscheiden bei gleicher Adaptation, erscheint bei zufügen von rotem Licht zum Adaptationsfeld unter bestimmten Bedingungen eines der beiden urprünglich gelben Lichter grünlich, während das andere rötlich erscheint (Shevell, 1978).

Wird das Auge beispielsweise mit grünlichem Gelb belichtet, so findet eine Nulllinienverschiebung der neuralen Erregung die mit dem Rot/Grün-Kanal korrespondiert in Richtung Grün statt. Als Konsequenz der Adaptation wird das grünliche Gelb als neutrales Gelb wahrgenommen (Jameson, et al., 1979).

Klettert man beispielsweise durch den Grand Canyon, werden Rotzapfen überproportional erregt, was zu einer geringeren Rotsensitivität führt. Dies fällt auf, wenn man nach dem Verlassen des Grand Canyons jemanden mit blonden Haaren betrachtet und diese plötzlich blau-grün erscheinen (Mrowka, 2016).

Die Vertrautheit mit den Farben natürlich vorkommender Objekte kann den Effekt der Farbkonstanz unterstützen (Olkkonen, et al., 2008).

Die für diese wissenschaftliche Arbeit verwendete UVEX Laserschutzbrille (PROTECTOR (F14), Filter T1Q03, Color: hellgrün, Visible Light Transmission (VLT):

ca. 45%) kommt bei der Anwendung eines Nd:YAG-Lasers mit 1064nm Wellenlänge zum Einsatz. Sie besitzt ein hellgrünes Schutzglas. Dementsprechend werden beim Tragen der Brille die Grünzapfen überproportional erregt. Langwellige Wellenlängen werden geblockt, der Filter entspricht also einem Tiefpass für die Wellenlänge. Der Träger nimmt seine Umwelt vor der Adaptation grün war (Laservision GmbH & Co.KG,

2016), (Patent: Walter, et al., 2011).

Alle Farben werden wie durch einen grünen Schleier wahrgenommen. Violett wird also eher bläulich und rot eher grünlich wahrgenommen. Auch die Farben dazwischen erscheinen alle in Grünabstufungen (Laservision GmbH & Co.KG, 2016).

Nach der Adaptation an den farbigen Filter kann das Farbspektrum wieder in seinem natürlichen Farbkontrast wahrgenommen werden (Kuriki & Uchikawa, 1998). Die Adaptation kann allerdings nur bei nicht zu starker Beeinflussung des Spektrums stattfinden. Bei zu stark getönten Filtern, kann die Farbverschiebung nicht vollständig durch Adaptation ausgeglichen werden (Kuriki & Uchikawa, 1998).

Ziel

In dieser wissenschaftlichen Arbeit wurde untersucht, in wie weit eine im Sichtfeld befindliche farbige Grafik Einfluss auf die Adaptation an eine farbige Laserschutzbrille und auf die Farbkontrastwahrnehmung hat.

Um die Adaptationsmechanismen im Bereich des Farbensehen und den Einfluss einer Glaukom Erkrankung darauf zu untersuchen, wurden gesunde Normalprobanden aber auch Patienten mit einer neurodegenerativen Erkrankung (Glaukom) eingeschlossen. Der Einschluss von Glaukomprobanden diente dem Erkenntnisgewinn bezüglich des Zusammenhanges zwischen Farbensehen und Glaukomerkrankungen.

Patent von UVEX

Für die Durchführung dieser wissenschaftlichen Arbeit wurde uns ein Patent der Firma UVEX zur Verfügung gestellt (Patent: Walter, et al., 2011).

Durch farbige Brillengläser wie beispielsweise bei Laserschutzbrillen wird eine Farbverschiebung in der Farbwahrnehmung beim Träger der Brille hervorgerufen (Patent: Walter, et al., 2011). Angenommen wird, dass sich das Farbwahrnehmungssystem anhand von Farben einstellen kann, die sowohl im Sichtfeld des Arbeitsbereiches, als auch in bekannten natürlichen Objekten auftauchen (Patent:

Walter, et al., 2011). Durch die Einstellung anhand von bekannten Objekten im Sichtfeld wird die Farbverschiebung in gewissem Maße wieder ausgeglichen. Ein bekanntes farbiges Objekt kann zum Beispiel der Farbverlauf des Farbspektrums des Regenbogens sein.

Die veränderte Farbwahrnehmung, die durch farbige Brillengläser wie die einer

Laserschutzbrille verursacht wird, kann durch Farb- und Lichtadaptation begrenzt bzw.

revidiert werden (Patent: Walter, et al., 2011).

Blickt ein Skifahtrer durch eine orangene Skibrille, nimmt er den weißen Schnee anfangs orange war. Nach maximal 2 Minuten ist die entstandene Farbverschiebung in der Farbwahrnehmung ausgeglichen und der Schnee sieht wieder weiß aus (Patent: Walter, et al., 2011). Bei zu stark getönten Brillen kann die Farbverschiebung nicht mehr komplett ausgeglichen werden (Patent: Walter, et al., 2011).

Die Erfindung betrifft einen Arbeitsbereich mit mindestens einer Lasereinrichtung die mindestens einen Laserstrahl erzeugt, vor dem sich der Anwender mittels eines Augenschutz-Filters schützt (Patent: Walter, et al., 2011).

Beim Einsatz eines Lasers in der Medizin ist es notwendig, dass sich der Behandler mittels einer Laserschutzbrille schützt. Diese blockiert, abhängig von der Arbeitswellenlänge des Lasers, bestimmte Wellenlängen. Dadurch wird der transmittierte Spektralbereich eingeschränkt und damit die Farbwahrnehmung verschoben (Patent: Walter, et al., 2011). Auch der Einsatz von künstlicher Beleuchtung kann einen solchen Effekt hervorrufen (Patent: Walter, et al., 2011). Die Verschiebung der Farbwahrnehmung führt auch zu einer verschlechterten Farbkontrastwahrnehmung (Patent: Walter, et al., 2011).

Um präzise Operationen durchführen zu können, von denen beispielsweise auch das kosmetische Ergebnis abhängt, ist eine uneingeschränkte Farbwahrnehmung wichtig. Vor allem für das Unterscheiden benachbarter Strukturen, die sich anhand ihrer Farbe und weniger anhand von Helligkeit oder Albedo unterscheiden (Patent: Walter, et al., 2011).

Das Abnehmen der Laserschutzbrille um die Farbkontrastwahrnehmung wieder zu erhöhen brigt die Gefahr einer Augenverletzung (Patent: Walter, et al., 2011).

Bei der Arbeit mit einem Laser an einem Arbeitsbereich trägt der Anwender einen Filter zum Schutz der Augen in Form einer Laserschutzbrille. Im Arbeitsbereich oder benachbart zu diesem befindet sich eine Farbtafel mit einem Farbverlauf die durch die Laserschutzbrille betrachtet wird und so die menschliche Farbkontraswahrnehmung erhöht (Patent: Walter, et al., 2011).

Die Idee der Erfindung ist, etwas zu finden, das die subjektive Farbkontrastwahrnehmung möglichst stark erhöht. Diese Aufgabe wird durch eine Farbtafel mit einem Farbverlauf mehrerer Farben gelöst. In dem Farbverlauf sollten bestenfalls nicht weniger als 3 Einzelfarben vorhanden sein. Der Farbverlauf kann dem Anwender unbekannt, sollte

besser jedoch bekannt sein (Patent: Walter, et al., 2011). Die Farbtafel soll möglichst gleichzeitig mit dem zu bearbeitenden Objekt durch die Laserschutzbrille betrachtet werden und soll bevorzugt 200 cm² – 1000 cm² groß sein, möglich sind auch 10 cm² – 2500 cm² (Patent: Walter, et al., 2011). Der Farbverlauf der Farbtafel wird vorzugsweise den Farben des Arbeitsbereiches angepasst und enthält mindestens eine Farbe des Arbeitsbereiches (Patent: Walter, et al., 2011). Beim Betrachten der Farbtafel durch die Laserschutzbrille findet eine Farbverschiebung statt. Der Betrachter kennt im günstigsten Fall aber die Reihenfolge der Farben des Farbverlaufs und weiß wie welche Farbe in ihrem natürlichen Kontrast aussieht (Patent: Walter, et al., 2011).

Wenn sich das Farbwahrnehmungssystem nach Störung durch eine farbige Laserschutzbrille mit Hilfe des Farbspektrums wiedereinstellt, ist der Farbverlauf des Farbspektrums auch mit Laserschutzbrille, wieder in seinem natürlichen Kontrast wahrnehmbar. Dementsprechend sind auch die im Arbeitsbereich auftretenden Farben wieder kontrastreich wahrnehmbar (Patent: Walter A, 2011). Auch die Farbverschiebung durch künstliche oder farbige Beleuchtung, also Beleuchtung anders als Tageslicht, kann so revidiert werden. (Patent: Walter, et al., 2011).

Die Farbtafel kann aus unterschiedlichen Materialien und zwei- oder dreidimensional sein. Die Farben der Farbtafel können ohne Abstufung oder mit geringer Abstufung ineinander übergehen, sich in Helligkeit, Farbton und Sättigkeit unterscheiden und im Allgemeinen Spektralfarben oder andere Farben sein (Patent: Walter, et al., 2011). Sehr gut geeignet ist die Darstellung der Einzelfarben in Form eines Regenbogens, da dieser allgemein bekannt ist und viele Einzelfarben enthält (Patent: Walter, et al., 2011). Ebenso gut geeignet sind intuitiv bekannte Objekte, die sich je nach Kulturkreis in dem man aufgewachsen ist unterscheiden (Patent: Walter, et al., 2011). Das Augenschutz-Filter kann ebenso aus verschiedenen Materialien hergestellt und unterschiedliche Farbfilter, genauer Grau-, Blau-, Grün, Orange-, Gelb- oder Rotfilter enthalten. Ebenso sind Hoch- und Tiefpassfilter möglich. Ein Beispiel hierfür wäre eine Laserschutzbrille für den Gebrauch eines frequenzverdoppelten Nd:YAG-Laser, dessen Arbeitswellenlänge 532nm beträgt und damit für das menschliche Auge grün erscheint. Die Grenzwellenlänge ab der der Laserschutzfilter durchlässig ist wird beispielsweise auf 500nm festgesetzt (Patent: Walter, et al., 2011).

Bei einer Operation ist es zum Beispiel wichtig feine Farbunterschiede verschiedener Strukturen voneinander zu unterscheiden. Die eigentlichen Farben der Strukturen wie

beispielsweise Blutgefäße sind dem Operateur vertraut und die Grundfarben besser bekannter Objekte (rot, grün, blau, gelb) tauchen in dem Farbverlauf der Farbtafel auf.

Anhand dieser kann sich das Farbwahrnehmungssystem einstellen. Die eingeschränkte Farbunterscheidungsfähigkeit wird durch die Farbtafel „schnell und einfach“

wiederhergestellt (Patent: Walter, et al., 2011).