눈은 우리 몸에서 가장 중요한 부분 중 하나다. 우리가 살아가는 데 있어 눈이 보이지 않는다. 얼마나 많은 불편을 겪어야 할지, 그건 잠시만 눈을 감고 걸어보아도 충분히 체험이 가능하다. 또 우리는 눈으로 보아야 할 것이 너무나 많은 세상에 살고 있다. 각종 디스플레이를 통해 화려한 멀티미디어 영상들을 즐기고, 인터넷에 접속해 그 많은 정보들을 받아들이는 것도 모두 우리의 눈이 건강하고 제 역할을 할 때 가능한 것이다. 옛말에 ‘몸이 천 냥이면 눈은 구백 냥’이란 말이 있는 것처럼 매우 중요한 역할을 하고 있는 눈. 오늘은 그중에서도 색과 명암을 인지하는 우리 눈의 정교한 구조와 기능에 대해 알아보자.

‘눈’이 아니라 ‘뇌’로 본다!!

눈의 구조를 제대를 알기 위한 가장 좋은 방법은 눈 해부 실험을 해보는 것이다. 해부 전 소 눈의 겉모습을 살펴보면, 일단 앞쪽에는 얇은 각막이 있음을 관찰할 수 있다. 가끔 우리 눈에 속눈썹이 들어가거나 할 때 어쩔 수 없이 눈을 만지게 되는데, 이때 만져지는 부분이 바로 눈의 가장 바깥쪽 막인 각막이다. 그리고 눈의 뒤쪽을 보면 마치 꼬리처럼 달려있는 부분이 보인다. 그 부분은 시신경으로, 이 시신경이 길게 뻗어 있어서 대뇌까지 연결되어 있다. 망막에 상이 맺히면 시각 세포가 흥분하고, 그 흥분을 시각 신경을 통해 대뇌까지 전달하기 때문에 마침내 대뇌의 시각령에서 시각이 성립하게 된다. 눈뿐만 아니라 대뇌까지 건강해야 마침내 ‘본다’는 것이 가능하다.

▲뇌의 구조 – 그림에서는 왼쪽이 머리의 앞쪽 전두엽쪽이고, 오른쪽이 머리의 뒤쪽 후두엽쪽이다. 대뇌의 시각령은 머리의 뒤쪽 즉, 후두엽에 위치한다.

탄탄한 근육으로 둘러 싸인 우리의 눈

필자는 가끔 눈이 피로할 때 눈을 감고 눈알을 여기저기로 굴리며 일명 눈알 체조를 하는데, 이는 눈의 피로를 훨씬 덜어줄 수 있다. 우리는 하루의 시작과 끝을 각종 디스플레이와 함께 하는 시대에 살다 보니, 눈이 빨리 피로해질 수밖에 없다. 이럴 때 눈을 감고 눈알 체조를 하면 좋은데, 우리가 눈을 위아래, 좌우로 굴릴 수 있는 것은 눈 주위의 탄탄한 근육 때문이다. 주위의 근육은 이른바 바깥눈 근육(안외근-眼外筋)인데, 상직근, 하직근, 내측직근, 외측직근, 상사근, 하사근이라는 6개의 근육이 안구 운동을 제어하고, 또 상안 검거근이라는 1개의 근육이 눈꺼풀을 들어 올리는 역할을 한다.

▲ 안구 운동을 제어하는 근육을 잘 묘사한 눈 근육 모형

카메라의 렌즈 역할을 하는 ‘수정체’

눈 해부 실험을 진행하면서 내부 구조를 살펴보면 투명한 유리구슬 같은 ‘수정체’를 관찰할 수 있다. 이 수정체는 중요한 우리 눈에서 특별히 더 중요한 부분이다. 우리 눈에서 카메라의 렌즈 역할을 하는 것이 바로 ‘수정체’이다. 볼록렌즈 모양의 단단한 투명 젤리 같은 상태라 누르거나 만져보면 탄력이 확실히 느껴진다. 이렇게 탄성이 있기에, 수정체 옆에 붙어 있는 진대와 섬모체의 수축 이완에 따라 수정체가 두께가 조절될 수 있다. 수정체가 두꺼워지면 가까운 곳을 잘 볼 수 있고, 또 얇아지게 되면 먼 곳을 잘 볼 수 있다. 이러한 조절이 잘 안되면 가까운 곳을 잘 못 보는 원시, 혹은 먼 곳을 잘 못 보는 근시 상태가 되고 안경으로 교정을 해야 제대로 또렷하게 볼 수 있다.

▲ 투명하고 탄력성이 대단히 좋은 렌즈인 수정체. 글자 위에 수정체를 올리면 볼록렌즈의 역할을 해서 글자의 크기가 더 커져 보이는 것을 확인할 수 있다.

▲ 섬모체와 진대의 수축 이완으로 수정체의 두께가 조절된다. 그 결과 우리는 먼 곳과 가까운 곳의 물체를 제대로 볼 수 있다.

카메라의 조리개처럼 빛의 양을 조절하는 ‘홍채’

▲ 필자의 눈을 직접 촬영한 사진. 밝은 곳 (왼쪽)에서는 홍채가 이완하고 동공의 크기가 작아지지만, 반면 어두운 곳 (오른쪽)에서는 홍채가 수축하고 동공의 크기가 커진다.

망막에 명암과 색을 구별하는 세포가 있다?

망막에는 시각세포가 분포하고 있는데, 막대세포는 명암 구별, 그리고 원뿔세포는 색의 구별과 관련한 세포이다. 만약 막대세포에 이상이 생기면 야맹증에 걸려 어두운 곳에서 사물을 인지하기 어렵고, 또 원뿔세포에 이상이 생기면 색맹이나 색약으로 색을 제대로 구별하지 못한다. 필자의 지난달 칼럼에서 빛의 삼원색인 RGB 즉 빨강, 초록, 파란색에 대해 다루었는데, 망막에는 빨강 원뿔세포, 초록 원뿔세포. 파랑 원뿔세포가 존재해서 각각의 빛에 반응하여 흥분하게 된다. 그 흥분을 시신경을 통해 대뇌로 전달하여 우리는 색깔을 구별하게 되는 것이다.

▲ 눈의 각 부분의 구조와 명칭. 그리고 망막을 확대한 모습. 망막에는 시각세포인 막대세포와 원추세포가 분포해있다.

한때 한 연예인이 방송에서 적색과 녹색을 구별하지 못하는 적록색약임을 밝혀서 화제가 되기도 했었다. 통상 신호등의 색을 구별하지 못할 정도의 심한 전색맹자는 10만 명당 3명 정도로 매우 극소수이지만, 색약 환자는 20명 중 1명꼴로 나타날 만큼 생각보다 많다. 하지만 사실 환자라 부를 수가 없는 면도 있는데, 정상인이라 하더라도 원뿔세포의 수나 흥분 정도가 모두 다르기 때문에 우리들이 보는 색상은 각자 다 다르다. 각각의 색깔에 대해 ’이것은 분홍, 저것은 파랑‘하는 식으로 교육을 받았기 때문에 그 색깔로 인지하는 것일 뿐인 것이다. 즉, 필자는 색맹이나 색약이라고 해서 색을 ‘틀리게’ 보는 것이 아니라 단지 ‘다르게’ 본다는 것을 강조하고 싶다.

망막에 있는 ‘맹점’과 ‘황반’은 어떤 역할을 할까?

시각세포가 분포해 있는 망막에는 시각세포가 밀집되어 있어서 빛을 가장 선명하고 정확하게 받아들이는 부분인 ‘황반’이 있다. 그리고 또한 망막에는 ‘맹점’이라는 용어 그대로 마치 점을 찍어놓은 것처럼 안쪽으로 오목하게 들어간 구멍이 있다. 이 맹점에는 시각세포가 없기 때문에, 상이 맺혀도 시각세포가 흥분할 수 없고 따라서 시각신경을 통해 대뇌로 전달할 수도 없으므로 시각이 성립되지 않는다.

▲맹점의 존재 여부를 확인할 수 있는 실험 그림.

우리는 맹점의 존재 여부를 간단한 실험으로 확인할 수 있다. 위의 그림을 왼쪽 눈을 감고 오른쪽 눈으로 +와 정면인 곳에서 +만 집중해서 보자. 점점 화면에 가까워지다 보면 갑자기 오른쪽의 동전이 사라지는 순간이 온다. 딱 일정 거리에서 동전이 사라지는데, 이 동전이 안 보이는 순간이 바로 상이 맹점에 맺혔을 때이다. 다행히 우리 눈은 2개이기에 어느 한쪽 눈에는 맹점에 상이 맺혔더라도 다른 눈에서는 그렇지 않으므로 보였다 안 보였다 하는 불편을 겪지 않는다.

우리의 눈이 이시대 최고의 카메라가 될 수 있다!

옛날 필름 카메라에서 ‘필름’은 우리 눈에서 상이 맺히는 부분인 망막의 역할을 했다. 우리는 이제 필름이 없는 디지털 카메라의 시대, 그리고 갤럭시 S20 울트라처럼 1억 8백만 픽셀을 자랑하는 엄청난 화질의 스마트폰 카메라 시대에 살고 있다. 필자는 얼마 전 추석날 한밤중에 두둥실 뜬 보름달의 선명한 모습을 다른 무거운 카메라 장비 없이 갤럭시 S20 울트라만으로 멋지게 촬영을 할 수 있었다. 보람찬 순간이었다.

▲ 추석날 한밤중에 필자가 직접 갤럭시S20울트라를 손에 들고 촬영한 보름달

디지털 카메라와 스마트폰 카메라에는 옛날 필름 카메라의 역할을 대신하는 CCD(Charge-Coupled Device) 혹은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)라는 센서가 있다. 즉, CCD 혹은 CMOS 센서가 빛을 감지하고 영상 인식을 담당하고 있는 것이다. 사람의 눈을 해상도로 따지면 약 1억 2,000만 픽셀이라고 하니, 1억 8백만 픽셀의 갤럭시 S20 울트라의 경우 거의 비슷한 수준까지 올라왔다고 볼 수 있다. 앞서 설명한 것처럼 우리 눈의 망막에 분포한 시각세포는 빛에 의해 흥분하고, 또 시각신경을 통해 대뇌로 신호를 보내게 된다. 앞으로 스마트폰 카메라는 더욱 사람의 눈에 거의 가까울 정도로 발전하게 될 것으로 기대된다.

하지만 어떠한 CCD 혹은 CMOS 센서가 개발이 되더라도 사람의 눈을 넘어서지는 못할 것이다. 왜냐하면 이미지 센서는 한 장면에서 밝고 어두운 것을 동시에 표현하지는 못하는데, 그 어려운 것을 사람의 눈은 해내기 때문이다. 최고의 능력을 가진 우리의 소중한 눈! 수명이 긴 만큼 눈의 사용기간도 더 길어졌다. 눈을 감고 눈알 굴리기 체조도 하고, 또 스마트폰을 오래 보았다면, 화면에서 눈을 떼고 우리 눈이 쉴 수 있는 시간을 짬짬이 주어 피로해지지 않도록 잘 관리하자.