청각반응과 시각반응

 

  청각(http://soryro.tistory.com/64 귀의구조와 청각 참조)은 소리를 귀로 지각하는 감각이다. 우리가 잘 아는 바와같이 소리진동이 고막을 진동시키면 고막과 달팽이관 사이에있는 이소골을 통해 진동이 달팽이관으로 전달된다. 달팽이관의 시작부에 모루뼈가 연결되는 난원창이 있다. 이 난원창으로 소리진동이 전달되면 달팽이관 속의 림프액을 통해 코르티 기관의 유모세포를 자극하여 진동이 전기신호로 변환된다. 이 전기신호가 청신경을 통하여 대뇌에 전달됨으로써 측두엽에서 청각을 지각하게 한다. 

 

 시각은 망막에 분포한 시세포내의 시물질의 반응으로 시작된다.  시세포의 시물질은 포톱신(photopsin)이라는 단백질과 비타민A에서 유래한 레티날(retinal) 분자의 복합체이다. 빛이 시물질에 들어오면 레티날분자가 [그림1]에서처럼 구조가 변한다. 이런 레티날분자의 구조 변화가 결과적으로 시세포에 전압변화가 생기게 한다. 전압변화는 신경절 세포에 전달되고 신경절세포가 뇌에 전기신호를 발신함으로써 후두엽에서 시각을 지각하게 한다.

   

 

                             [그림 1] 빛에 의한 레티날분자의 구조변화(http://www.quora.com)

 

 

 아무튼 청각과 시각은 각 각 귀와 눈을 통하여 소리와 빛을 지각하는 중요 감각이다. 소리는 역학적인 파동이요, 빛은 전자기적인 파동이지만 각기 다른 감각세포에서 일단은 전기신호로 변환되는 것은 동일하다할 수 있다. 감각세포에서 변환된 전기신호는 신경을 통해 최종적으로 뇌에 전달됨으로써 지각된다. 전기 신호는 펄스(pulse) 형태인데 이 신호를 어떻게 분석하고 지각하는지에 대하여는 아직 상세히 알려지지 않은 상태로 뇌과학자들의 주요 연구과제이기도하다.  아울러 청각과 시각에 대한 반응에 대한 연구도 많은 연구자들에 의해 진행되었고 현재도 진행되고 있다. 에른스트 푀펠도 그런 연구자들 중의 한 사람이다.

 

 에른스트 푀펠(Ernst Poeppel)은 폴란드 태생, 독일 사람으로서 뮌헨대학교 임상심리학 연구소장을 지냈다. 푀펠은 네커의 정육면체(Necker cube)를 응시할 때 면이 반전되는 약 3초의 시간을 인간 의식의 한 프레임(frame), 즉 인간이 사물을 감지할 수 있는 가장 긴 시간으로 해석하기도 했지만, 청각정보와 시각정보에 대한 반응도 연구하였다. 

 

 번개가 친 후에 빛을 먼저 보고, 잠시 시간이 흐른 후에 천둥소리를 듣게 된다. 이는 먼 곳에서 번개가 칠 때 빛과 소리가 동시에 발생했지만 소리는 마하(mach) 1인데 반하여 빛은 마하 90만으로 매우 빠르기 때문에 나타나는 현상임을 잘 알고 있다. 따라서 일상 생활에서 빛과 소리가 동시에 발생하면 우리는 으례 빛이 빨리 시각적으로 감지되어 빛에 대한 반응을 빨리 할 것으로 생각한다. 그러나 청각정보나 시각정보에 대한 우리 몸의 반응속도가 다르기 때문에 항상 빛에대한 반응을 빨리하지는 않는다. 

                           [그림 2] Necker cube : 정육면체를 3초 정도 응시하면 이미지의 반전이 일어난다. 

 

 소리가 고막에 전달된 후에 뇌의 측두엽 청각중추에서 '들린다'고 지각하는 시간은 약 0.13초인데 반하여, 빛이 망막으로 들어온 후에 뇌의 후두엽 시각중추에서 '보인다'고 지각하는 시간은 약 0.17초이다. 이처럼 청각과 시각의 지각시간이 차이가 나기 때문에 빛의 속도가 아무리 빠를지라도 항상 시각정보에 대한 반응을 빨리 하지 않는다는 사실을 푀펠이 밝혔다.  청각과 시각의 지각시간 차이가 사사오입의 반올림을 고려하면 약 0.035초이므로  340m/s x 0.035s ≒12m 에서 빛과 소리가 동시에 발생하면 거의 동시에 지각을 한다는 것이며, 만약 12m 이내의 거리에서 빛과 소리가 동시에 발생하면 청각정보에 대한 지각이 더 빨리 이루어지고, 이 보다 먼 거리에서 빛과 소리가 동시에 발생하면 시각정보에 대한 반응이 더 빠르다는 것이다. 

 

 청각에 대한 반응은 웅크리는 동작일 수 있고, 시각에 대한 반응은 얼굴을 가리는 반응일 수 있다. 그러나 일본의 과학 저술가인 다께우치 가오루(竹內 薰)는 푀펠의 결론으로부터 탁구와 같이 12m 이내의 거리에서 이루어지는 경기를 할 때에는 눈으로만 시각반응하기보다 귀로 청각반응하는 능력이 뛰어날 때 더 유리하지 않을까 예측하기도 한다. 

 

 

                                  ----------------------- by  Dajaehun