눈 탐험 (흥미롭고도 신비한 눈의 세계)

최상한

대학에서전자전기공학을전공했지만,2005년의공학과대학원에입학하여뇌파를이용,생각만으로컴퓨터를조작할수있게하는장치(BCI)에대한개발연구를시작했다.2007년뇌과학연구소에입사한뒤시각과관련된여러fMRI연구들을진행했다.2014년신경다발MRI뇌해부연구의과학박사학위를취득한후현재관련연구를진행하고있다.

들어가는글

1장생각해보면이상한우리의눈
1.왜인간에게만흰자위가보일까?
2.왜우리눈은착시를일으킬까?
3.왜우리는황금비에서아름다움을느낄까?
4.왜우리는꿈꿀때눈동자를움직일까?
5.왜인간에게만눈썹이있을까?
6.왜우리는눈물을흘릴까?
2장알고보면이상한우리의눈
1.가시광선밖에못보는우리의눈
2.근본적인구조적결함이있는우리의눈
3.두종류의센서가장착되어있는우리의눈
4.뇌에서시야정보의좌우가뒤바뀌는우리의눈
3장우리눈의놀라운시각능력
1.우리눈의해상도는몇화소정도일까?
2.우리눈의놀라운색채정보보정능력
3.우리눈의놀라운시야정보보정능력
4.우리눈의놀라운시각정보처리능력
4장우리눈의흥미로운시각현상
1.있지도않은정보를만들어내는맹점채움현상
2.멀리서보면다른그림으로보이는착시
3.평면그림에서입체감을느끼게하는착시
4.너무빠르게도는물체가멈춘것처럼보이는현상
5장풀리지않는우리눈의신비
1.흑백그림에서색깔이보이는현상
2.두눈에각각다른그림을보여준다면?
3.눈을감아도선명하게보이는것들
4.우리는어떤식으로색을지각할까?

맺는글

어느여름날,출판사홈페이지자유게시판에원고를봐달라는글이올라와있었다.파일에는원고의차례와함께자기소개글이실려있었다.그글에따르면,모대학전자전기공학과에입학한뒤군대말년에자기존재에대한잡념에빠져고민하다가뇌과학을파보기로결정,의공학과대학원에진학한뒤뇌파를이용하여생각만으로도컴퓨터를조작하는장치(BCI)에대한개발연구를시작으로기능성자기공명영상(fMRI)실험을거쳐본격적인뇌연구를해야겠다는부푼기대로뇌과학연구소에입사,드디어시각과관련한여러fMRI연구를진행하다가우여곡절끝에fMRI가아닌신경다발MRI뇌해부연구의과학박사학위를취득,현재관련연구를진행하고있다는것.결론은어설픈공학도가뇌과학연구소에와서도결국공학일을하고있던중,그동안틈틈이생각하고쓴글들을책으로내보려고한다는내용이었다.
재기발랄한자기소개글이묘한흥미를끌었고,원고또한‘눈’이라는소재를제법흥미롭게풀어나가는매력이있었다.한편으론,자신이무엇에흥미를느끼고좋아하는지를끊임없이찾고또시도해온그의이력으로보건대,‘눈’이라는단순한소재를나름의시각으로버무려내지않았을까하는기대감이컸다.
그렇다.그는인체기관의하나인‘눈’과관련하여익히알려진눈의기능이나해부학적특징을다루지않는다.시각과관련한여러연구를바탕으로눈에대해독자들이잘인식하지못했던특이한사실들을발굴,최대한흥미롭게소개하여관심을유도하면서도흥미로운현상을최소한의설득력있는가설을제시하면서풀어나간다.그가풀어내는글을읽다보면때로는옆에서조곤조곤설명하는듯하고,때로는앞에서화이트보드에그림을그려가면서설명하는듯한착각이들정도로편안하면서도지루하지않다.모쪼록‘눈’에대한흥미로운사실을함께탐색하면서색다른즐거움을느꼈으면하는바람이다.

일상적이고당연하다고생각하는‘눈’,
뜻밖의흥미로운사실들을발견하다!

이책은모두5장으로구성되어있다.1,2장은생각해봐도,알고봐도참이상한우리눈에관한내용이며,3장은우리눈의놀라운시각능력,4장은우리눈의흥미로운시각현상,5장은여전히풀리지않는우리눈의신비를다루고있다.
첫장을펼치면‘왜인간에게만흰자위가보일까?’가우리의시선을사로잡는다.흰자(위)가드러난것에무슨특별한이유라도있다는말인가?사실,우리는밖으로드러난흰자를대수롭지않게여겨왔다.이책에따르면,다른동물들에게서는흰자를쉽게관찰할수없다.그이유는각자도생의세계에선굳이흰자가밖으로드러날필요가없기때문이다.
그렇다면왜인간에게는흰자가드러날까?눈동자의위치와방향을명확하게하는흰자는상대방의시선방향을파악하는데중요한역할을한다.따라서공동체생활을하는인간에게시선방향은상대방과의신뢰를형성하거나강화하는데결정적이라할수있다.이와반대로,흰자의노출로눈속임시선도가능하다.보통동물들은주로머리방향으로적의움직임등의주의를기울이지만인간은눈동자의방향으로도주의를기울일줄알기때문이다.이렇듯눈속임시선으로부터상대방을경계해야하고또불필요한의심을받기도하지만,저자는결과적으로흰자노출은이러한불신에따른위기상황에서우연히발현하여우세하게존속된형질로추정한다.우리눈에서흰자의역할이이렇듯대단하다는것이흥미롭지않은가.
인간에게만있는눈썹은어떤역할을할까?저자는눈썹은눈에땀이흐르는것을막아주는역할을한다는가설을세운뒤이에대한반론을펼친다.비오듯땀이흐르면아무리눈썹숱이많다해도그땀을막기엔역부족일테고,그저손으로땀을훔쳐내면그만이지않겠는가.따라서흰자가시선방향으로상대방과의신뢰를쌓는데중요한역할을했다면,눈썹은상대방에게자신의감정을전달하는감정표현증폭기의역할로인간이공동체생활을하는데유리하게작용했다고설명한다.

구조적결함이있음에도
엄청난시각정보처리능력을지닌우리눈!

우리눈은태양광가운데아주좁은대역인가시광선밖에보지못할뿐더러,시각정보를전혀얻을수없는‘맹점’이라는구조적결함이있다.하지만우리눈은계획과의도에따라단번에설계되어완성된것이아니라,단순한형태에서시작하여오랜시간동안거듭된근시안적변형이서서히누적되는과정에서완성된형태라이러한결함을거의인식할수없다.
그럼에도형태를인식하고빠른시간에정보를효과적으로처리하는우리눈의시각능력은카메라의기술로는감히흉내내기도힘들다.이때경이로운뇌의수많은작용이관여하고있으며,정보를처리하는뇌의기능은시속백킬로미터가넘는속도로날아오는테니스공의구질과방향을순식간에파악하여되받아치는선수의모습에서쉽게확인할수있다.이에대해저자는인간의‘시각정보처리능력’을로봇에빗대어다음과같이표현한다.

로봇이어떤물체의움직임패턴을이해하고물체의다음움직임을예측하려면이전입력정보들과지금입력정보를비교관찰하여움직임의패턴을분석하는과정이필요하다.로봇을인간과비슷하게20Hz단위로시각정보를받고,그때마다이전의0.5초정도동안에입력된시각데이터들을통합적으로분석할수있게만든다고했을때,(……)로봇이인간과같은시각정보를처리하려면(……)약1기가바이트가넘는정보를매초마다처리해야한다.이는어디까지나순전히처리해야하는정보의양이그렇다는뜻이다.아직정보의처리에필요한시간이나부하는고려하지도않았다.(……)로봇은매순간움직이므로로봇이처리해야하는시각정보의시선방향이나조명상태또한매순간바뀐다.그렇기에로봇의입력영상에는일관된공간과밝기의기준점을찾거나정할수가없다.이런환경에서물체의3차원위치를파악하려면물체의공간정보를파악해야하고,그정보를바탕으로두눈의초점을물체에맞춰야한다.테니스공처럼그대상이움직이기라도한다면물체를매순간파악해서눈동자를조절해야한다.결론적으로이런놀라운시각인지능력을지닌카메라를지금의영상처리기법이나컴퓨터기술로만드는것은불가능에가깝다는결론에이르게된다.(150~151쪽)

우리눈에대한흥미로운현상과
여전히풀리지않는신비한우리눈!

엄청난능력을지닌우리눈에대한흥미로운현상도있다.특수하게조작된상황에서경험할수있는현상들이지만,익히알려져있어많은이들이경험했음직한현상이기도하다.구조적결함인맹점을채워주는현상을경험할수있는간단한그림과,아인슈타인착시와같은정밀도의한계로같은그림임에도크기차이로달라보이는착시그림들,평면그림에서입체감을느끼는매직아이의원리,마차바퀴를촬영한동영상에서간혹바퀴가멈춰있는듯하면서도거꾸로돌아가는듯한현상등,이모든현상의원리를차근차근풀어나간다.
우리눈에는여전히풀리지않는오묘한부분이많다.흑백그림에서왜색깔이보이는지,두눈에각각빨간색과파란색을보여주면빨간색과파란색이번갈아서반복되어보이는것은뇌의주의집중을이해하는것과무슨관계가있는지,눈을감으면잔상이보이고잔상이사라지면잠에들기전까지통제할수없는정교하고화려한무늬가보이는것은어떤현상인지,색채지각에따른빛의삼원색에서빨간색을몇십초보다가갑자기흰색을보면초록색이보이고,파란색을보다가흰색을보면노란색이보이는잔상색현상은무엇을의미하는지,빨간색색맹(색약)은초록색도볼수없고파란색색맹(색약)은노란색도볼수없는것을어떻게받아들여야하는지를추론하지만,아직은더연구가필요한부분이기도하다.

각주제별로눈에관한탐험이끝나면저자는‘세문장요약’으로명쾌하게정리한다.저자의말대로어렵다고느끼는주제는세문장요약으로확인한뒤에다음주제로넘어가도좋다.해당주제와관련한‘덧붙임’글도제법흥미로운부연설명이다.눈에대해알고싶은독자라면언제든이책과함께탐험에나서기를권한다.