실제로, 우리가 외부 세계로부터 받는 정보의 80% 이상이 시각에 의존하는 것으로 알려져 있습니다.
이 시각 정보는 눈이 외부의 빛을 어떻게 받아들이는지에 따라 결정됩니다. 그리고 시각 정보를 구성하는 방식은 결국 그 환경의 빛이 어떠한가, 즉 조명에 따라 달라지게 되죠.

조명을 위한 다양한 기준과 시각 능력, 시각적 편안함과의 관계를 이해하려면 우리 눈의 구조를 이해해야 합니다. 그리고 우리가 빛을 어떻게 받아들이는지에 대해 알아야 할 필요가 있습니다.
이번 시간에는 눈은 어떤 구조를 가지고 있으며, 눈을 통해 우리가 빛을 인지하는 과정에 대해 알아보겠습니다.

인간의 눈은 직경 25mm이며, 구형에 가까운 형태를 하고 있습니다. 6개의 근육은 눈을 어떤 방향으로든 회전할 수 있도록 해줍니다.
우리의 눈은 전통적인 카메라와 거의 같은 방식으로 작동합니다. 우리 눈의 수정체는 카메라 렌즈의 역할을 하며, 필름의 역할은 망막이 대신합니다.
빛에 민감한 신경세포로 이루어진 망막이라는 필름 위에 눈 앞의 장면이 맺힙니다. 여기서 빛은 화학적 과정을 통해 전류로 변환되고, 신경을 통해 뇌로 전달됩니다. 그리고 우리는 그것을 시각정보로 해석합니다.

렌즈 앞쪽에 있는 홍채는 카메라의 조리개와 같이 열리거나 닫히는 과정을 통해 눈에 들어오는 빛의 양을 조절합니다. 홍채 중앙에 있는 구멍을 동공이라고 합니다.
눈에 빛이 더 많이 들어오면 동공의 크기는 작아집니다. 작아진 동공은 카메라와 마찬가지로 초점의 깊이가 깊어지며, 우리가 볼 수 있는 거리의 범위가 늘어납니다.
이렇게 더 깊은 초점을 만들어 낼 수 있는 것은 밝은 공간이 만들어 내는 장점 중 하나입니다.

망막은 안구 벽의 가장 안쪽에 위치하며, 빛을 감지하는 세포와 신경 세포로 이루어진 얇은 층으로 구성되어 있습니다.
망막은 1억 개 이상의 빛에 민감한 두 종류의 신경 말단(Nerve ending)으로 구성되어 있는데, 그 모양을 빗대어 각각 원추세포(Cone)와 간상세포(Rod)로 불립니다.
간상세포는 망막의 중앙인 중심와(Fovea)를 제외하고는 망막에 상당히 고르게 퍼져 있습니다. 반면에 원추세포는 중심에 집중되어 있으며, 망막의 다른 부분에서는 드물게 존재합니다.
간상세포와 원추세포는 신경절 세포(Ganglion cell)와 신경 섬유를 통해 뇌에 연결됩니다.

우리 눈은 독특한 특성을 가지고 있습니다. 1~ 10,000,000 이상의 광범위한 밝기에 대한 감도를 가지며, 최대 100,000가지 색상의 음영을 구분할 수 있는 능력을 가지고 있기 때문이죠.
이 놀라운 능력은 고도로 특화된 원추세포와 간상세포의 역할 분배를 통해 이루어집니다. 간상세포는 빛에 매우 민감하며 주로 거친 모양과 움직임을 감지합니다.
하지만 색상을 구분할 수는 없지요. 반면에 원추세포는 빛에 덜 민감하지만 색상을 구별할 수 있습니다. 또한 우리가 아주 세세한 부분까지 볼 수 있도록 해줍니다.

우달빛보다도 적은 0.01 cd/m2 미만의 매우 어두운 환경에서는 원추세포가 제 기능을 발휘하지 못합니다. 이때 눈은 간상세포를 통해 빛을 감지하며, 이를 우리는 야간시(scotopic vision)라고 합니다.
수백 개의 간상세포는 뇌로 들어가는 공통의 신경 섬유에 연결됩니다. 이러한 방식을 통해 많은 간상세포의 자극이 결합되어, 빛에 매우 민감하게 반응할 수 있습니다.
하지만 이런 특징 때문에 우리의 눈은 빛이 어디에서 왔는지에 대해서는 정확한 위치를 알 수 없게 됩니다. 따라서 간상세포를 통한 시력만으로는 흐릿한 상 밖에 볼 수 없습니다.

또한 앞에서 언급했던 것처럼, 간상세포들은 시야의 방향과 일치하는 시각 축의 중심인 중심와에 거의 존재하지 않습니다.
간상세포는 중심이 아닌, 시야에서 약 15° 떨어진 곳에 가장 높은 분포율을 보입니다. 따라서 어두운 야간시에 유리한 시야는 시야의 중심이 아닌 주변 시야가 되는 것입니다.

간상세포의 경우 색상을 구분할 수 없지만, 간상세포의 감도는 다양한 스펙트럼 색상에 따라 다양하게 나타납니다. 최대 감도는 507nm(파란색-녹색)의 파장에 있으며 스펙트럼의 적색 끝을 향해 급격히 감소합니다.

원추세포들은 하나의 신경섬유를 통해 뇌로 시각 정보를 전달합니다. 각각의 원추세포는 간상세포와 달리 개별로 또는 적은 개수의 그룹으로 시신경에 연결되어 있습니다.
그리고 원추세포는 간상세포에 비해 시각적 물리량을 분해하는 능력이 뛰어납니다. 그래서 우리는 원추세포를 통해 선명한 이미지를 볼 수 있는 것입니다.

앞에서 언급했듯, 원추세포들은 시야의 방향과 일치하며 시각 축의 중심인 중심와에 집중되어 있으며, 망막의 다른 부분에서는 드문드문 존재합니다.
따라서 낮에 보는 시력은 기본적으로 2도 범위의 시야의 중심에서 이루어집니다. 선명한 상은 시야의 중심에만 맺히는 것이지요.
하지만 우리는 중심 외에도 더 큰 장면들을 하나의 또렷하고 완전한 그림으로 보고 있다고 생각합니다. 그 이유는 매우 빠른 눈동자가 눈의 장면들을 우리도 인지하지 못하는 사이에 지속적으로 스캔하고 있기 때문입니다.

빛에 대한 민감도는 원추세포가 간상세포보다 훨씬 낮습니다. 밝은 환경에서는 원추세포가 활성화되어 낮은 감도를 통해서도 앞을 볼 수 있습니다. 하지만 어두운 환경에서는 간상세포의 높은 감도가 필요합니다.

또 하나의 재미있는 사실은 원추세포와 간상세포는 서로 민감한 색의 영역이 다르다는 점입니다. 원추세포의 스펙트럼 민감도 곡선은 간상세포의 민감도 곡선과 차이가 있습니다. 원추세포의 최대 감도 지점은 555nm(녹색-노란색)이며 스펙트럼의 빨간색 쪽으로 갈수록 감도가 떨어집니다.

원추세포는 우리가 색을 구별할 수 있도록 해줍니다. 이것은 원추세포에는 스펙트럼의 적색, 녹색, 청색 각각의 부분에 민감한 세 가지 유형이 존재하기 때문에 가능합니다.
이 중 한 종류의 원추세포가 결여되어 있을 때 우리는 그 현상을 색맹이라 부릅니다. 매우 드문 경우이지만 한 가지 유형의 원추세포만 가지고 있는 경우 이 사람은 색을 전혀 볼 수 없게 됩니다.

원추세포와 간상세포 사이의 스펙트럼 감도 변화는 최대 감도를 기준으로 곡선을 그리면 더 분명해집니다. photopic V 추세포와(p)라고 불리는 이 곡선은 국제 조명위원회 CIE에 의해 1924년 초에 표준화되었습니다.

주간시와 중간 밝기의 상황, 즉 혼합시(약 0.01 cd/m2 ~ 3 cd/m2)에서는 간상세포와 원추세포 모두 활성화됩니다.
여기서 환경이 어두워지면 점차 원추세포의 활동이 덜 중요해지며, 전체적인 스펙트럼 감도는 Va에서 Va'로 점차 이동합니다. 즉, 짧은 파장(파란색) 방향으로 이동합니다.
이 효과를 "푸르키녜 효과"라고 합니다. 환경이 어두워짐에 따라 날카로운 시력은 점차 무뎌지며, 주변 시력은 점차 사라집니다.

이번 시간에는 눈의 구조와 눈이 어떻게 빛을 감지하는지 그 과정에 대해 알아보았습니다.
다음 시간에는 환경에 따라 눈이 어떻게 적응하고 빛을 받아들이는지에 대해 알아보도록 하겠습니다.
그럼 다음 시간에 뵙겠습니다.