심리학의 이해를 위한 시각기관, 빛과 눈, 망막, 시각피

심리학의 이해를 심화시키기 위해 오늘은 감각기관에 대해서 나눠보려고 한다. 우리는 주변 환경의 물리적 변화를 탐지하는데 필요한 다섯 가지의 감각기관을 가지고 태어났고, 이들 감각기관은 각각 상이한 물리적 변화 또는 자극을 탐지하도록 특화되어 있다. 오늘은 그 중 시각 기관에 대해 알아 보려고 한다.

빛과 눈

전자파(electromagnetic wave)라는 에너지 중 그 파장이 약 390nm에서 760nm사이에 속하는 것을 빛(가시광선)이라고 한다. 여기에는 우주선, 감마선, 엑스선 같이 그 파장이 빛의 파장보다 짧은 거도 있고, 라디오파, TV파, 초단파처럼 그 파장이 빛의 파장보다 긴 것도 있다. 그러나 우리의 시각 체계는 빛의 파장보다 길거나 짧은 전자파에는 반응하지 않는다. 우리가 여러 가지 색깔을 정험할 수 있는 것은 눈으로 들어오는 빛의 파장이 다르기 때문이다. 예컨대, 눈으로 들어온 빛의 파장이 짧으면 보라색, 중각 정도면 초록색, 길면 빨간색을 경험하게 되는데, 그리고 밝기는 물체에 의해 반사되는 빛의 양에 따라 달라진다. 여기서 빛의 파장이나 양은 물리적 실체를 지칭하는 용어이고, 밝기나 색깔은 빛이라는 물리적 자극에 대한 심리적 반응 상태를 지칭하는 용어다. 눈으로 들어오는 빛은 맨 먼저 각막을 통과하여. 빛이 각막을 통과할 때 상당한 굴절이 일어난다. 수양액(aqueous humor)은 투명한 액체로 각막에 영양분을 공급하고 노폐물을 제거하는 일을 한다. 동양인의 눈 색깔은 거의가 짙은 갈색이지만 서양인 중에는 파란 눈을 가진 사람도 있다. 이렇듯 눈 색깔은 홍채(iris)라고 하는 엽전 모양의 얇은 근육조직의 색깔에 의해 결정된다. 홍채의 중앙에 있는 검은 구멍을 동공(pupil)이라 한다. 동공은 빛이 눈으로 들어오는 통로이기 때문에 동공의 크기에 따라 눈으로 들어오는 빛의 양이 조절된다. 동공 바로 뒤에 자리 잡고 있는 수정체(lens)는 동공을 통해 들어온 빛의 초점이 망막 위에 맺히도록 한다. 수정체가 이 일을 하기 위해서는 그 두께가 두꺼워지거나 얇아져야 하는데, 수정체의 두께 변화는 모양근(ciliary muscles)의 수축 또는 이완으로 이루어지며, 수정체의 이러한 두께 변화를 조절(accommodation)이라고 한다. 초자액(vitreous homor)은 계란의 흰자 같은 투명한 물질로 안구(eye-ball)가 둥근 모양을 유지하도록 돕는다. 

망막

이것이 중요한 이유는 물리적 에너지인 빛이 이곳에서 신경 에너지로 전환되기 때문이다. 눈으로 들어온 빛은 망막을 구성하는 추상체(cones)와 간상체(rods)라는 두 가지 수용기 세포(receptor cells)를 자극하여 신경 반응을 유발한다. 추상체는 빛이 강할 때 색상 구별에 중요한 역할을 하고, 간상체는 빛이 약할 때 주변 시각 처리에 중요하게 작용한다. 수용기에서 생성된 신경 반응은 수용기와 연결된 양극 세포(bipolar cells)를 자극하고, 양극 세포의 반응은 양극 세포와 연결된 신경절 세포(ganglion cells)를 자극하며, 신경절 세포의 반응은 시신경(optic nerve)을 따라 뇌로 전달된다. 주요 신경 세포 세가지로 수용기, 양극 세포, 신경절 세포의 층으로 구성되어 있고 두개의 특이한 곳이 있는데 그중 한곳인 중심와(fovea)에는 간상체는 없고 추상체만 있다. 중심와의 추상체는 양극 세포와 거의 1대 1로 연결되어 있으며, 또 이 양극 세포는 신경절 세포와 1대 1로 연결되어 있기 때문에 중심와는 세밀한 것을 잘 구분할 수 있도록 만들어진 셈이다. 어떤 대상을 자세히 보고 싶을 때 우리는 시선을 그 물체로 돌리는데, 이는 그 대상의 상이 중심와에 맺히도록 하기 위함이다. 또 다른 독특한 곳은 맹점(blind spot)이라는 곳인데, 맹점은 망막을 구성하는 신경절 세포의 축색이 한 곳에 모여 안구를 빠져나가는 곳이다. 때문에 이곳에는 수용기 세포가 존재하지 않는다. 우리는 눈으로 세상을 본다고 생각하지만, 눈은 빛을 받아들이고 그 빛 속에 들어있는 정보를 신경 반응으로 바꾸어 뇌로 전달할 뿐이다. 뇌에서 그 정보를 처리하거나 해석하기 때문에 우리는 눈앞에서 어떠한 일이 어떻게 벌어지고 있는지를 알아차리게 된다. 그러므로 눈으로 세상을 보는 것이 아니라 뇌로 본다고 해야 한다.

시각피질

시각 정보를 처리하는 대뇌피질 중 시신경으로 입력된 정보가 제일 먼저 도착하는 부위를 1차 시각피질(primary visual cortex)이라고 한다. 이것의 내의 인접한 두 지점에서 처리되는 정보는 망막의 인접한 곳에 위치한 신경절 세포에서 보낸 정보로 밝혀졌다. 시야의 상태는 망막에 그대로 반영되기 때문에, 어느 한 순간에 v1에서 벌어지는 일은 그 순간에 벌어지고 있는 시야의 상태를 정확하게 묘사한다고 할 수 있다. 따라서 v1의 특정 부위에 손상이 생기면 시야의 어느 부분이 보이지 않게 될 것이다. v1과 시야 사이에는 이 같은 공간적 대응 관계가 존재하지만 그 관계는 점 대 점 관계로 표상되지 않는다. 예컨대, 망막의 중심와는 시야 전체의 1%에 불과한 부분에서만 정보를 받아들이지만 그 정보를 처리하는 데는 일차시각피질의 25%가 관여한다. 1차 시각피질을 구성하는 세포는 대부분 각각의 수용장(receptive field)에 제시된 자극의 속석에 따라 반응하는 정도가 달라진다. 그리고 단순 세포(simple cel)로 알려진 이들세포는 시야에 특정 방위(orientation)의 선분이 나타났는지를 찾아내는 탐지기 기능을 할 수 있다. 자극의 방위에 따라 반응의 강도가 달라지는 또 한 종류의 세포는 복합 세포(complex cell)인데, 이들은 여러 개의 단순 세포에서 정보를 받아들인다. 복합 세포는 1차 시각피질을 구성하는 세포 중 3/4 정도일 것으로 추정된다. 복합세포는 특정 방위의 선분이 일정한 방향으로 움직일 때에만 반응한다. 여러 개의 복합 세포에서 정보를 받아들이는 것으로 보이는 또 다른 종류의 과복합 세포(hypercomplex cells)는 두 개의 선분 끝이 모여서 이루는 모서리나 곡선 또는 선분의 끝을 탐지하는 것으로 보인다. 이들 세포는 시각 자극의 작은 속성에만 반응하기 때문에 속성 탐지기로 불리기도 한다. 주변을 둘러싸고 있는 모든 시각 자극을 잘게 분석해 보면 이러한 속성으로 구성되어 있다는 사실을 알게 된다.