안녕 개붕이들아!

읽게에 좋은 글들이 많아서 자주 읽어보는데, 읽기만 하는 건 아쉬워서 나도 정보글좀 써보려 해.

마침 내 전공과목중에 괜찮은 내용이 있어서 한번 가져와 봤어.

글솜씨가 부족해서 이해가 어려울 수 있으니 혹시 부족한 점은 말해주면 고마울 거 같아!

 

 

이번에 쓰려는 내용은 제목에도 나와 있다시피 눈에 관한 글이야.

그 중에서도 생리학적인 얘기지.

아마, 이 쪽에 대해선 모르는 개붕이 들이 많을거라 생각해

워낙 복잡하고 사전 지식이 많이 필요한 내용들이라....

헷갈리는 게 당연한 거니까 걱정하지 말고 읽어줬으면 해.

 

 

 

시각을 설명하기에 앞서, 용어 구분을 먼저 할게. 시각 자극이 뇌로 전달될 때는 두가지 과정을 거쳐. 바로 감각(Sensation)과 인지(Perception)야.

 

감각(Sensation): 시각 자극이 뇌로 전달되는 것. 그 자체로 객관적이다.
인지(Perception): 감각 자극이 의식 세계에 등록되는 것. 하지만 전달된 결과물은 정신 상태에 따라 순간적으로 바뀔 수 있고, 개개인마다 다르다

 

실제로 우리가 느끼는 건 '인지'의 영역이야. 이미 뇌를 통해서 한번 가공처리된 덜 객관적인 정보들이지.

이 차이를 극단적으로 보여주는 사례가 바로 ‘착시 현상’이야

 

여기 이 그림 유명할거야. 
A와 B는 사실 같은 색깔이지만 그림자라는 개념을 이해하고 있는 사람의 뇌는 이걸 다른 색으로 인지하지?

처음 봤을 때가 초등학생이었을 땐데 되게 신기했었어.

 

 

 

 

그리고 이건 예전에 논란이 많았던 드레스 색상 문제야.

흰-금이냐 파-검이냐 말이 많았지? 

나는 흰-금파였고, 아직도 이 사진만 보면 왜 파-검인지 이해가 안됐는데 아래 사진을 보니까 보이더라고

 

 

어때? 이러면 좀 잘 보이지? 
단순히 흰금, 파검 사진을 옆에 둔 것만으로 우리 뇌는 같은 사진을 완전히 다른 색으로 인지할 수 있어.

우리의 지식이 인지에 영향을 미치는 거지.
 
즉, 우리가 인지하는 세상은 객관적인게 아니라는 뜻이야.

우리 뇌는 이처럼 시각을 인지하는데 아주 큰 기능을 하고 있어.
 

 

 

 

뇌의 이러한 기능을 설명하는 방법에는 크게 3가지,

 

1. 생리학적 접근: 생물학적 기전을 관찰.    ex)신경과학
2. 심리학적 접근: 외부 자극을 주고 어떤 결과가 일어나는 지 관찰.    ex)실험심리학
3. 인지적 접근: 기억이 시각에 미치는 영향을 관찰.

 

이 있지만, (각각에 대한 자세한 설명은 생략할게)

 

사실 이러한 접근들은 시각의 인지과정이 완전히 밝혀지면 통합될 거긴해.
아직은 뇌의 기능들이 완전히 밝혀지지 않아서 서로 분리되어있을 뿐이지.

 

그리고 나는 시각이 뇌로 전달되는 과정을 생리학적으로 설명해보려해.

 

 

자, 우리눈의 구조야. 영어가 많아서 정신 없지?
의대 수업에 나오는 사진을 가져와서 그래.

 

좀 더 간단한 걸 보자

 

휴, 이제 좀 낫네(낫나?)

 

여기서 주목할건 망막(retina)이야.
눈으로 들어오는 빛을 감지하는 감각세포들이 모여있는 곳이지.

 

 

이 내용 유명하지?
이건 생명의 완벽함을 부정함으로써 창조설을 반박하는 근거로 쓰이기도 하지만, 어떤 점에선 진화론의 단점처럼 들리기도 해.

진화론은 마치 비효율적인 섭리인 것처럼 보이니까.

그런데…사실 이건 뒷이야기가 더 있어

 

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25607186/

 

여기, 2014년에 발표된 논문이 있어. 요약중 일부를 가져올게.

 

“빛이 광수용체에 도달하기 전에, 자연 도파관 역할을 하는 높은 굴절률의 뮐러 세포 배열을 따라 망막 전체를 통과해야 한다. “

Before light arrives at the photoreceptors, it must traverse the whole retina, along its array of higher-index Müller cells serving as natural waveguides. 

 

도파관이란 전파가 잘 전송되도록하는 장치인데, 사실 여기선 원래 단어인 waveguide로 이해하는 게 와 닿을 거야.

 

대충 뮐러세포 덕에 빛이 감각세포까지 잘 도달할 수 있다는 내용이지.

 

그런데, 그럼 뮐러 세포가 대체 뭔데?

 

그걸 궁금해해야겠지? 아래 사진을 봐봐

 

 

현재까지 알려진 인간 망막의 구조야. 저 얇은 막에 세포가 참 다양하지? 
저 중에서 내가 빨간색으로 표시한 저 기둥같은 세포가 뮐러 세포야.

 

참고로 제일 아래에 있는 세포가 pigment 상피 세포고,

바로 위에 있는 원뿔과 막대 모양의 세포가 감각세포야.

그림에서 제일 위쪽이 빛이 들어오는 공간이라 생각하면 돼.

 

뮐러세포는 빛이 들어오는 공간에서부터 감각세포가 있는 망막의 제일 아래쪽까지를 연결해주고 있어.

빛이 들어오는 통로가 되어주는 거지.

 

이 밖에도 맨 아래의 pigment 상피 세포층은 빛이 분산되는 걸 막아주고,

구조적 지지와 광수용체의 재활용을 돕고있어.

 

그리고 감각세포의 종류가 막대(rod)형과 원뿔(cone)형으로 나뉜건

해상도와 색깔인지 역할을 구별해서 사물을 효율적으로 감지하기 위한 방식 중 하나야.

빛의 양에 따라 감각세포를 교대하기도 하는데 이건 뒤에서 설명할게

 

종합하자면, 현재 인간이 가지고 있는 역망막구조의 비효율성은,

시간이 지나 점차 진화해오면서 뮐러 세포층과 기타 구조 등에 의해 어느정도 극복되었다는 거야.

 

진화로 인해 생겨난 단점이, 진화로 인해 극복된거지.

 

이러한 사례는 선 발생 후 보정이라는 진화의 과정과 맞아 떨어지기 때문에 진화론을 강력히 지지하는 증거가 될 수 있어. 
자연은 일단 만들어 놓고 그게 잘 굴러가는지 테스트하고 괜찮은 수준이면 살려내는 거지.

 

 

 

그러면 본격적으로 감각세포의 빛 감지 과정을 설명해 볼까?

 

자, 감각세포인 광수용체 세포가 빛을 감지하는 과정이야. 분자세포학적인건 재미 없으니까 빨리 설명하고 넘어갈게.

대충 로돕신이라는 단백질이 광자를 만나면 굽은형인 cis형에서 쭉 펴진 all-trans형으로 분자구조가 변하고, 이게 마이크로초 만에 메타로돕신1으로 변하고 다시 밀리초만에 메타로독신2로 변해서 transducin을 활성화시킨 후 opsin과 all-trans retinal로 분리가 돼. 활성화된 transducin의 cGMP PDE가 cGMP를 5’GMP로 바꾸면 기존에 열려있던 outer segment의 나트륨 이온 통로를 자극하면서 이온통로가 닫히게되고, 나트륨 이온이 차단되면 양이온이 세포내로 들어오지 못해 과분극이 일어나서 신경세포로 억제신호가 전달돼(흥분선 신경전달물질인 glutamate가 감소해)

 

 

 

이걸 제대로 이해시키려면 분자의학과 생리학총론부터 설명을 시작해야 할거야.
내가 간단하게 설명하는 재주가 없어서 이건 포기할게.

 

다만 이건 알아둬. 왜 이렇게 번거로운 과정을 통해 빛 신호를 전달하냐? 라면,

그건 신호 증폭을 위해서야.

 

이론상 저 과정을 통해서 빛을 감지할 수 있는 감각 세포의 비율은,

 

광자 하나당 대략 800개야.

 

짐작이 가? 광자 하나당 무려 세포 800개!! 이건 어마어마한 민감성이야!
덕분에 인간의 눈은 아주 어두운 밤에도 조금의 빛만 있으면 사물을 구별할 수 있어.

 

생명체의 세포는 이러한 신호 증폭 과정을 위해 위에서 설명한 것과 같은 복잡한 과정을 거쳐.
유기물엔 트랜지스터 같은 구조가 없는게 안타까울 따름이지.

 

빛을 효율적으로 인식하기 위한 방식에는 다른 것도 있어.
바로, 감각세포의 유형분리(막대rod와 원뿔cone)야.

 

 

우리의 눈은 빛의 양에 따라 활성화되는 신경세포의 종류가 달라져.
그 이유는 아이러니 하게도 방금 얘기한 감각세포의 민감성 때문이야.

 

광자 1개에 세포 800개가 활성화 될 정도의 민감성으로 계속 세상의 빛을 받아들이면,

우리 눈은 얼마 안 가서 멀어버리고 말거야. 자극이 너무 심하거든. 

 

이를 막기 위해서 로돕신이라는 광자 수용 단백질의 양을 세포 내에서 어느정도 조절하기도 하고, 
망막층 밖에서는 동공의 크기를 조절해 빛이 들어오는 양을 조절하지만, 
조절 기전이 많으면 많을 수록 더 도움이 되겠지?

그래서, 우리 눈은 빛의 양에 따라 서로 다른 종류의 세포들이 분업 활동을 해. 그게 어떤 세포냐면,

 

 

막대 세포(rod cell): 빛에 민감함. 명암을 담당
원뿔 세포(cone cell): 빛에 둔감함. 사물의 색깔을 담당

이야.

모양이 살짝 달라도 빛을 감지하는 기본 원리는 똑같아. 민감도가 다를 뿐이지.

 

 

그래서 활성화되는 세포의 종류에 따라 시기를 구분해보면,

 

 

암소시: 막대 세포만 활성화. 사물의 형태만 감지하고 색은 구별 못함.
박명시: 두 세포 모두 활성화. 사물의 형태와 색 모두 감지.(색은 희미하게 감지)
명소시: 원뿔 세포만 활성화. 사물의 형태와 색 모두 감지.(막대 세포는 과도하게 활성화 되어 탈진)

 

로 구분할 수 있어.

이를 그래프로 그려보면,

 

암소시에서 명소시로 갈수록 활성화되는 세포가 많아지기 때문에 사물의 해상도는 점점 좋아져. 
밝을 때보다 어두울 때 사물이 잘 구별 안 되는 이유도 이것 때문이지.

 

아무튼, 이런 과정을 통해 우리는 아주 어두울 때도, 아주 밝을 때도 어느정도 눈에 부담을 주지 않고 사물을 감지할 수 있어.

 

거기다 원뿔세포는 우리가 흔히 RGB라는 색에 맞춰 종류가 나눠지기 때문에

우리눈이 인식할 수 있는 빛의 파장대는 감각 세포가 한 가지 종류일 때보다 넓어지지.

 

이 같은 분업 작업을 통해, 우리 눈은 더 넓은 파장대와 넓은 광량을 감지할 수 있어.

 

 

그리고 딱 하나, 감각 세포의 활성화 과정에서 신기한 점?(내 기준이지만)이 있다면,

 

 

우리가 일반적으로 아는 것과 다르게, 시각 자극은 감각 세포를 흥분(탈분극)시키는게 아니라 안정화(과분극)시킨다는 점이야.

 

탈분극: 활성화, 흥분, 이온 통로 열림, 전류 발생
(과)분극: 안정화, 이온 통로 닫힘, 전류 차단

 

이라고 보면 돼.(사실 굉장히 많은 오류를 가진 설명이지만 이해의 용이함을 위해 넘어갈게.)

 

사실상 우리 눈은 어두운 상태에서 항상 활성화 되어있는 셈이지.(앞서 얘기한 활성화와 구분해서 들어야 해)

 

감각세포의 발단에서 나오는 신경 활성화 물질(glutamate)도 어두울 때 많이 분비되고 빛이 가해지면 분비가 줄어들어.

 

이 말은 즉,

 

우리가 직관적으로 생각하는

 

감각 자극 -> 신경 활성화 -> 흥분신호 발생 -> 전달

 

이라는 과정과 다르게,

 

감각 자극 -> 신경 활성화 억제 -> 흥분신호 발생 억제 -> 전달

 

이라는 과정으로 빛 신호가 전달 될 수 있다는 거지.

 

왜, 내가 ‘~수 있다’라는 표현을 썼냐면, 감각 신호의 전달 과정에서 이게 뒤집어지기도 하거든.

Center-surround receptive field(중심-주변 시각수용야)형성에 핵심적인 역할을 하는데, 이거에 대해선 다음 시간에 설명할게.

 

 

 

 

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