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[시각]

 시각(視覺)은 빛을 매개로 사물의 형태와 색과 움직임을 감지하는 감각이다. 빛의 속도가 우주에서 가장 빠르기 때문에 시각은 외부 물체가 멀리 있거나 빠르게 움직일지라도 순식간에 감지하고 볼 수 있으며, 다른 감각에 비해서 시각 정보에 대한 신뢰도가 가장 높다. 또한 시각은 다양한 경험의 축적에 근거하여 스스로 빛을 발하는 물체의 온도를 추정할 수도 있으며 다양한 상황을 파악하고 표정을 통하여 감정상태를 추측할 수도 있다.

 아무튼 척추동물들은 공통적으로 두 개의 눈알을 갖고 있지만 두 눈알의 배치는 서로 다르다.  육식동물의 먹이가 되는 초식동물은 육식동물을 경계하기 위해서 주로 시야를 넓혀 뒤쪽까지 볼 수 있도록 눈알이 배치되어 있는 반면에 육식동물은 먹잇감에 집중하기 위해 거리감과 입체감을 중시하는 눈알 배치를 갖고 있다.  그림 1에서 보면 사람은 전체 시야는 좁은 반면 입체 시야인 양안 시야각은 120도 정도가 되며, 초식동물인 말은 시야는 넓어서 뒤까지 볼 수 있지만 입체와 거리감을 명확하게 볼 수 있는 양안 시야각은 65도 밖에 안된다. 이런 이유 때문에 경주마는 전면에만 집중하여 달리도록 하기 위해서 측면 눈가리개를 착용한다. 토끼는 말보다도 경계시야가 넓어서 뒤쪽으로도 입체각이 형성될 정도로 고개를 들어서 사방을 경계할 수 있는 눈알의 배치를 갖고 있다.     

 눈의 기본구조는 그림 2와 같다. 왼쪽부터 보호막인 각막(Cornea), 눈으로 들어오는 빛을 조절하는 조리개 역할을 하는 홍채(Iris), 망막에 상을 맺히는 수정체(Lens), 눈알을 유지하는 유리체(Posterior cavity), 그리고 망막(Retina), 시신경(Optic nerve)이 있다. 여기서 백내장을 설명하면 수정 체내의 단백질이 에너지가 큰 자외선에 의해 고리가 끊어져 변형되면서 흰 고체화가 진행되기 때문에 발생하는 증상이다. 마치 계란의 흰자위의 투명 단백질이 열에 의해 변형되면서 불투명한 흰 고체화하는 것과 유사하다.  또, 무지개라는 의미인 그리스어에서 유래한 홍채는 본래 푸른색인데 자외선이 강한 쪽에 사는 인종으로 가면서 갈색인 멜라닌 색소의 축적량에 따라서 갈색, 회색, 검은색의 홍채로 변한 것이다.

 시각세포는 색각을 갖는 원추세포와 명암과 움직임을 감지하는 막대세포(시상세포)가 있다. 원추세포의 길이는 약 75㎛로서 망막의 중심부에 약 600만 개가 분포하며 세포 하나하나마다 시신경이 뇌와 연결되어 있기 때문에 해상도가 높다. 망막의 주변부에는 길이 약 120㎛인 막대세포가 1억 2천만 개가 분포한다.  막대세포에는 빛을 감지하는 시물질이 있다. 시물질은 단백질인 photopsin과 비타민A로부터 만들어진 레티날(retinal) 분자의 복합체로써 광자가 레티날 분자에 흡수되면 분자구조의 변화로 막대세포에 전압 변화가 생기고 전압 변화가 신경을 통하여 뇌에 전달되어 명암과 움직임을 감지한다.

[색각]

 색각(色覺)이야말로 참으로 신비스럽기 그지없는 감각이지만 아직도 그 원리가 명확하게 밝혀지지 않은 상태이다. 소위 사람이 눈으로 볼 수 있는 빛인 가시광선의 파장 범위는 약 400 - 800㎚이다. 파장이 긴 빨강, 중간인 초록, 파장이 짧은 파랑이 3 원광으로써  그 각각의 중간 파장이나 원광의 배합에 따라 다른 광색이 된다.  3 원광이 섞이면 백색광이 된다. 이들 3 원광의 적절한 배합으로 화면의 영상을 만들어내는 도구가 LCD, OLED TV라고 할 수 있다. 

 빛은 그림 3의 (b)에서 보는 바와 같이 투명한 시신경을 지나 원추(cone)세포로 입사한다. 원추세포에는 세포막이 여러 겹으로 겹친 구조 부분에 들어 있는 시물질인 3종류의 옵신(opsin)을 통해서 색을 감지한다. 원추세포는 평소에 빛이 들어오지 않으면 세포막의 이온채널이 열려있어서 Na+이온이 일정하게 유입된다. 그러다가 빛이 입사하면 레티날이 변형되고 바로 옵신도 변형된다. 그러면 신호전달 단백질이 활성화되면서 이온 채널이 닫히게 됨으로 세포 안과 밖의 전위차가 발생함으로 전기신호가 발생하게 된다.

 망막의 중심부에 놓여있는 600만 개 중에서 65%의 원추세포는 파장이 긴 빨강을 감지하는 L(long) 원추세포이며 30%는 중간 길이의 파장을 갖는 초록광을 감지하는 M(middle) 원추세포이고 5%는 파장이 짧은 파랑광을 감지하는 S(short) 원추세포이다.  L, M, S 원추세포에는 각각 색광을 감지하는 서로 다른 옵신이 들어 있다.  L, M, S 원추세포에서 발생한 전기신호는 20여 종의 신경절세포에서 빨강광이 강하고 약한지, 초록광이 강하고 약한지, 파랑광이 강하고 약한지, 또 이들 각 색광의 혼합의 강약 등을 계산하고 비교한 빛 정보가 시신경을 통해 후두부의 1차 시각영역, 2차 시각영역을 거쳐 대뇌의 아래쪽에 있는 색각 중추에서 색을 보게 된다.  

 [참조]-2016년도 NEWTON 잡지

 ----------------by  Dajaehun