[심리학 기초] 13_감각 (sensation) : 시각 / 망막과 시각피질

이번 포스팅에서는 특히 눈에서 중요한 구조인 망막에 대해 알아보고, 시각 정보가 망막을 거쳐 뇌까지 전달되는 과정을 살펴보려고 합니다. 더 쉬운 이해를 위해 빛과 우리 눈의 구조에 대해 설명했던 이전 포스팅을 읽어보시기를 추천드립니다.

[심리학 기초] 12_감각 (sensation) : 시각 / 가시광선, 눈의 구조

우리가 무언가를 본다는 것은 물체에서 반사된 빛이 각막과 동공을 지나 수정체에 상이 맺히고, 그 빛은 망막에서 신경에너지로 바뀌어 시신경을 따라 우리의 뇌로 시각 정보가 전달되는 것입니다. 그렇다면 망막이란 무엇인지 지금부터 함께 알아보겠습니다.

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1 ) 망막 (retina)

망막은 물리적 에너지인 빛이 신경에너지로 바뀌는 곳입니다. 눈으로 들어온 빛은 망막을 구성하고 있는 추상체(cones)와 간상체(rods)라고 하는 두 가지 수용기(receptor cells)를 자극하여 신경반응을 유발합니다. 이렇게 유발된 수용기의 반응은 수용기와 연결된 양극 세포(bipolar cells)를 자극하고, 양극 세포의 반응은 그와 연결된 신경절 세포(ganglion cells)를 자극하며, 그 반응은 시신경(optic nerve)을 따라 뇌로 전달됩니다.

망막의 구성

망막은 이렇게 신경절 세포, 양극 세포, 수용기라는 3개의 층으로 구성되어 있습니다. 또 망막에는 중심와(fovea)와 맹점(blind spot)이라는 독특한 두 부위가 있습니다. 중심와에는 간상체는 없고 추상체만 있습니다. 중심와의 추상체는 양극 세포와 거의 일대일로 연결되어 있어서, 중심와는 우리가 세밀한 것을 잘 구분할 수 있도록 해줍니다. 우리가 어떤 대상을 자세히 보려면 시선을 그 물체 쪽으로 돌리는데, 이는 그 대상의 상이 중심와에 맺히도록 하는 것입니다. 다른 한 곳인 맹점은 망막을 구성하는 신경절 세포의 축삭들이 한 곳에 모여 안구를 빠져나가는 곳입니다. 그래서 이곳에는 수용기 세포가 존재하지 않습니다. 그래서 물체의 상이 맹점에 맺히게 되면 우리는 그 물체를 볼 수 없습니다. 맹점에 관한 간단한 실험이 있습니다.

1. 오른쪽 눈을 감고 오른쪽 점에 시선을 집중합니다.
2. 앞뒤로 서서히 움직이며 거리를 조절해봅니다.
3. 왼쪽의 + 표시가 보이지 않게 되는 거리가 있을 것입니다.

 

이 간단한 실험에서 우리는 재미있는 사실을 알 수 있습니다. 빛이 눈으로 들어왔더라도 그 빛이 신경에너지로 바뀌어 뇌로 전달되지 못하면 우리는 무언가가 눈앞에 있어도 볼 수 없다는 것입니다. 우리는 눈으로 있는 그대로를 본다고 생각하지만 눈은 빛을 받아들이고 그 빛 속에 들어있는 정보를 뇌로 전달할 뿐입니다. 뇌에서 그 정보를 해석하기 때문에 우리가 눈 앞에 있는 것을 알아차릴 수 있는 것입니다.

 

 

2 ) 시각통로 (visual pathways) : 망막에서 뇌로

망막의 3개의 층 중 하나인 수용기에서 시작된 신경반응은 시신경을 따라 시상의 한 부분인 외측 슬상체(Lateral Geniculate Nucleus : LGN)를 통과한 후, 후두엽의 시각피질(visual cortex)로 전달됩니다. 시각정보가 망막에서 피질로 전달되는 이 통로를 시각통로(visual pathways)라고 합니다.

시각통로 (visual pathways)

시각통로에서도 재미있는 점이 있습니다. 우선, 중심와를 중심으로 망막을 얼굴 안쪽과 바깥쪽으로 나누어 봅니다. 각 눈의 안쪽 망막에서 나온 시신경은 시교차(optic chiasma)를 거쳐 반대쪽 뇌로 뻗어갑니다. 반면, 바깥쪽 망막에서 나온 시신경은 같은 쪽 뇌로 뻗어갑니다. 보기 쉽게 정리하면 아래와 같습니다.

시신경이 출발하는 곳	신호를 보내는 곳
왼쪽 눈의 안쪽, 오른쪽 눈의 바깥쪽 망막	우반구
왼쪽 눈의 바깥쪽, 왼쪽 눈의 안쪽 망막	좌반구

두 눈의 시선이 집중되는 곳을 중심으로 우측 시야와 좌측 시야로 나누게 되면, 좌측 시야의 정보는 우반구에서 그리고 우측 시야의 정보는 좌반구에서 처리됩니다.

 

 

3 ) 시각피질 (visual cortex)

짧은꼬리원숭이의 경우 대뇌피질의 약 50%가 시각정보를 처리하는 데 관여한다는 연구결과가 밝혀졌습니다. (Felleman & Van Essen, 1991) 인간의 경우도 크게 다르지 않을 것이라고 예상됩니다. 시각정보를 처리하는 대뇌피질 중 시신경으로 입력된 정보가 제일 먼저 도착하는 부위는 1차 시각피질(primary visual cortex)입니다. 1차 시각피질은 대뇌피질 중 후두엽에 있습니다.

1차 시각피질을 구성하는 대부분의 세포는 그들의 수용장(receptive field)에 제시된 자극의 특성에 따라 반응하는 정도가 달라집니다. 여기서 수용장이란 각 세포의 반응을 일으키는 망막의 특정 영역을 말합니다. 예를 들어, 어떤 세포는 그 수용장에 수직선분의 자극이 나타났을 때 가장 활발하게 반응하는 반면, 어떤 세포는 수직에서 15도 기울어진 자극선분에 가장 잘 반응하는 식입니다. 그리고 어떤 세포는 특정 방위의 선분이 일정한 방향으로 움직일 때에만 지속적으로 반응하기도 하며, 또 다른 세포는 두 개의 선분 끝이 모여서 이루는 모서리나 선분의 끝을 탐지하는 것으로 보입니다. 이들 세포는 시각자극의 작은 속성, 특징에만 반응하기 때문에 특징 탐지기(feature detectors)라고 불리기도 합니다. 우리 주변을 둘러싸고 있는 모든 시각자극을 하나하나 분석해 보면 모두 이러한 특징들로 구성되어 있다는 사실을 알게 됩니다.

1차 시각피질의 신경세포는 2차, 3차 시각피질 등 여러 시각피질로 정보를 보냅니다. 특히, 2차 시각피질에서 뇌의 다른 부위로 보내는 정보의 흐름은 크게 두 가지로 나뉩니다. 하나는 후두엽에서 두정엽 쪽으로 가는 배측 흐름이며, 다른 하나는 측두엽 쪽으로 나가는 복측 흐름입니다. 두정엽 쪽으로 가는 배측 흐름은 대상의 위치와 움직임에 관한 정보를 처리하는 피질영역으로 연결되며, 측두엽 쪽으로 가는 복측 흐름은 대상의 정체에 관한 정보를 처리하는 피질영역으로 연결됩니다. 이처럼 시각피질에서 여러 정보들이 처리되는 덕분에 우리가 눈앞에서 벌어지는 일을 알아차릴 수 있는 것입니다.

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우리가 눈만 뜨면 볼 수 있었던 것들이 사실은 매우 복잡하고 체계적인 정보 처리 과정의 결과였다는 것을 알게 되었습니다. 이처럼 대부분의 시각경험은 시각피질의 작용이 필수적이지만, 망막에서 벌어지는 일만으로 설명할 수 있는 재미있는 현상들이 있습니다. 다음 포스팅에서는 그중 하나인 암적응과 명적응에 대해 알아보겠습니다. 그리고 세상에 이토록 많고 다양한 색깔들을 우리가 어떻게 볼 수 있는 것인지, 색채시각에 대해 알아보도록 하겠습니다.