시각교차 영역은 수용영역receptive field들이 교차해서 합쳐지는 곳이다.
이 지점에 이르면, 여러분 눈에서 나온 정보는 이제 뇌에 의해 처리될 준비가 된 상태다. 즉, 뇌가 미가공의 시각 정보를 얻은 상태다. 시각 정보는이미 낮은 수준의 시각계에 의해 피질 외부에서 꽤 많이 처리되었다. - P118
일차시각피질에 있는 세포들은 원래부터 이른바 망막 위상 지도(retinotopic map)로 조직화되어 있다. - P118
망막과 시신경에서 들어온 정보가 후두엽의 일차시각피질에 도달하게되면, 그 정보는 위치와 색깔을 담도록 부호화될 수 있다. - P119
이러한 가정은 어떻게 작동할까? 뇌는 어떻게 눈에서 들어오는 모든 활동을 취합해 특징과 사물을 지각해낼까? 답은 시각 수용영역에서부터 시작된다. - P119
지금까지 우리는 심리학, 인지심리학 일반, 뇌 등의 역사에 관해 간단한 사실들만을 논의했다. 그런데수용영역은 인지 구조의 역할을 깊이 파헤쳐야만 파악할 수 있는 첫 번째주제다. 또한 연산 및 알고리즘 수준에서 다루어야 하는 첫 번째 주제이기도 하다. - P120
다음과 같은 간단한 비유를 생각해보자.
내 차에 여러 개의 근접 센서가 있어서, 다른 차가 내 차에 가까이 다가오는 걸 감지한다고 하자. 그중 둘은 측면 근접 감지기여서 내차의 양 측면의 맹점에 있는 사물의 존재를 감지한다. - P120
차의 색깔이나 제조사도 신경 쓰지 않는다. 그 센서는 아무것도 모르며 알 필요도 없다. 그 자체로만 보면, 하나의 수용영역을 지닌 이 센서는 대단한 일을 하지는 않는다. 다만 자기 일을 할 뿐이다. - P121
처리의 각 단계에서, 망막 뒤에 있는 신경절세포에서부터여러 중계 뉴런relay neuron 을 거쳐 일자시각피질에 이르기까지, 뉴런들은 망막상의 활성화 패턴들에 선택적으로 반응한다. - P121
이 집단의 한 종류를 ‘가운데 켜짐center on ‘ 집단이라고 부르자. 이 집단은 빛 에너지가 전체 집단의 가장자리 세포들을 활성화시킬 때가 아니라 가운데 세포들을 활성화시킬 때 더 빠르게 발화한다. 즉, 가운데 세포들이 ‘켜져on‘ 있고 주변부 세포들이 ‘꺼져off‘ 있을 때 전체 집단은 더 빠르게 발화한다. - P122
자신의 수용영역 가운데에 빛이 없을 때 발화하기 때문이다.
가운데에 빛이 없고 가장자리에 빛이 많을 때 더 빠르게 발화하는 종류인이 가운데 꺼짐 세포의 네트워크를 구성해 그 세포들을 한 줄로 늘어놓는다면, 가운데 꺼짐 세포의 이러한 배열은 무엇을 감지할 수 있을까? 아마도 모서리 감지기가 포착해내는 어두운 윤곽선과 비슷한 것일 듯하다. 각각의 가운데 부분은 밝은 픽셀로 둘러싸인 어두운 픽셀 같은 모습이며, 밝은 픽셀로 둘러싸인 어두운 픽셀의 전체 배열이 바로 여러분들이 짐작하는 모습일 것이다. 쉽게 말해서 흰 선으로 둘러싸인 검은 선이다. - P123
상이한 길이에다 상이한 방향의 밝은 막대와 어두운 막대에 대응하는 더 복잡한 다른 세포들도 있으며, 시야를 특정 방향으로 가로지르며 움직이는 상이한 방향과 상이한 길이의 밝은 막대와 어두운 막대에 대응하는 다른 복잡한 세포들도 있다 - P123
망막내의 조밀하게모인 막대세포들과 원뿔세포들의 네트워크로부터 여러분은 선, 모서리.
윤곽, 각도 그리고 움직임을 얻는다. 하지만 여기서 무슨 일이 벌어지는지생각해보자. 여러분은 시각적 세계에 구조를 부여하지만 일부 세부 사항을 잃는다. - P124
앞서 설명했듯이, 이 세포들은 자신들이 망막에서 조직화되는 방식에대응해 뇌에서도 조직화된다. 뇌에서의 활성화 과정은 눈에서의 활성화과정을 근사한다. 여러분이 실제로 무엇을 보고 있는지 알기 훨씬 전에,
여러분의 망막과 시각 경로, 일차시각피질은 여러분 앞에 무엇이 있는지에 관한 정보를 꽤 잘 표현해낸다. - P124
그렇기는 해도, 특징들을 뽑아내서 물체를 인식하는 데필요한 모든 정보를 갖고 있다. 여기서부터 이야기가 정말로 흥미진진해지며 더욱 복잡해진다. 대뇌피질에는 시각 경로가 단 하나가 아니라 2가지이기 때문이다. - P125
처음에 우리는 세계를 특징으로서 지각하지만, 우리는 특징들의 세계에 살지 않는다. 우리는 사물들의 세계에 산다. 우리는 세계의 사물들을 알아볼 수 있어야 한다. 그래야 세계 속을 다니며 사물들을 상대하고 반응할 수 있다. - P125
여러분이 테이블이나 의자에 앉아 있고 커피 한 잔이나 차 한 잔이 앞에 놓여 있다면 지금 마셔보라. 커피잔이 없고 대신에 물병이 있으면, 물을 마셔보라. 아무것도 없다면 마시기를 상상해보라. 무엇을 선택하든지간에, 마실 것에 손을 뻗어 잡는 일은 분명 거의 자동으로 일어난다. - P126
밝혀지기로, 사물을인식하는 이 2가지 방법에 대응하는 2가지 시각 경로가 존재한다. 이 두 시각 처리 흐름은 일차시각 영역에서 동일한 시각 입력을 수집한 다음에,
나란한 두 방향으로 나누어진다. 한쪽 흐름을 가리켜 등쪽dorsual 흐름 또는
‘어떻게 그리고 어디에‘ 흐름이라고 하며, 이는 시각피질에서 운동피질까지의 영역들을 활성화시키는 경로다. - P126
다른 시각적 흐름을 가리켜 배쪽ventral 흐름, 또는 ‘무엇 시스템‘이라고 한다. 이 배쪽 흐름은 일차시각피질에서 활성화된 정보를 피질의 측두업 영역으로 보낸다. 이곳은 언어를 담당하는 영역이다. - P127
신경과학자들이 입증하기로 이 두 흐름은 또한 독자적으로 작동할 수있다. 가령 어떤 이가 뇌졸중으로 인해 등쪽 경로에 손상을 입으면, 어떤사물의 이름을 댈 수는 있더라도 그걸 적절하게 손에 쥐기는 어려울 것이다. 이 경로는 배쪽 경로와는 분리될 수 있다. - P127
이 상태를 가리켜 시각인식불능 visualobject agnosia 이라고 한다. 어떤 사물을 보고서도 이름을 댈 수 없지만 그 사물에 대해 적절하게 행동할 수 있다는 뜻이다. - P127
시각인식불능에 걸린 사람은 커피잔 앞에 앉아 있으면서도 커피잔이라고 이름을 댈 수 없다. 하지만 그속에 커피가 있다는 사실은 여전히 알고 있으며, 어떻게 손을 뻗을지도 안다. 일단 그걸 잡고 나면, 사물의 감촉으로 인한 피드백의 결과로 커피잔이라는 이름도 댈 수 있게 된다.
이처럼 시각계는 복잡하고 역동적이다. - P128
특이사례1 : 움직이는 물체만 보는 맹시
예를 들어, 내 동료인 조디 컬햄 Jody Culham 박사가 연구 중인 구체적인 사례가 있다. 스코틀랜드의 글래스고 출신 여성 밀레나 캐닝 Milena Canning은 정지된 장면을 볼 때 완전히 눈이 먼 상태다. 장면 속의 것들을 전혀 파악하지 못하는데, 사물과 사람을 인식하지 못하며 글자나 숫자도 알아보지 못한다. 하지만 움직이는 사물은 알아볼 수 있다. - P128
‘후두엽‘ 피질이라고 짐작했다면, 맞았다. 그녀는 심신을 쇠약하게 하는 여러 번의 뇌졸중을 겪고서 후두엽 피질에 손상을 입은 결과, 보는 능력에 지장이 생겼다.
- P128
온전히 보진 못했지만, 그녀는 자신이 거의 볼 수 있음을
‘감각‘할 수 있다고 말했다. 주치의가 복도에 의자 몇 개를 놓아두자 그녀는 의자에 부딪히지 않고 복도를 지나갔다. 당연히 제대로 의자를 볼 수 없었고, 사전에 의자가 거기 있다고 알려주지 않았는데도 진로를 바꿔서 의자를 피했다. - P129
컬햄 박사는 시각이 행동을 어떻게 이끄는지 이해하는 분야에서 세계최고의 전문가다. 박사는 우선 통제된 상황에서 밀레나의 운동지각 능력을 검사하기로 하고, 시각 경로의 손상된 부분과 손상되지 않은 부분을 알아내기 위해 일련의 뇌 영상 촬영연구를 진행했다. - P129
과학자들이 애초에 짐작했듯이 그녀의 시각은 운동 지각 면에서는 멀쩡했다. - P130
컬햄박사와 연구팀이 후두엽 피질을 스캔했더니, 전반적인 활동이 매우 적었다. 이는 밀레나가 시각적 활동을 많이 경험하지 못한다는 짐작과 일치했다. 하지만 컬햄박사의 연구팀은 기능적functional 및 구조적stnstructural MRI를 둘 다 이용해 가운데 측두 운동 구역에서상당한 기능 활성화가 있음을 관찰했다. - P130
밀레나는 시각 자체를 감지하지는 못했지만 시각계가 사물의 움직임을 감각했고 스스로도 그걸 감각할 수 있었다. 그녀는 눈이 멀었지만 시각은 있었다. - P130
본 사안의 경우 밀레나의 시각피질에 대한 손상은 광범위하긴 하지만 전면적이지는 않았다. 그 결과 밀레나의 기능 상실도 광범위하지만 전면적이지는 않았다. - P131
특이사례2: 소리를 통해 보는 반향정위
(전략)
하지만 뇌가 얼마나 회복력이 좋은지 그리고 기능이 어떻게 보존될 수 있는지 보여주는 흥미진진한 사례도 있다. 지금 다룰 사안에서는 뇌 손상이 없다. 시각피질도 말짱하다. - P131
대니얼 키시 Daniel Kish 는 망막 수준에서 완전한 시각 상실을 초래하는 유전적 결함을 안고 태어났다.
(중략)
그의 시각피질은 시신경으로부터 어떠한 정보도 받아들이지 않았다. 시각피질은 아무 문제가 없었지만, 시각 입력이 존재하지 않았다. - P131
곧 대니얼은 소리를 이용해 길을 찾아내기 시작했다. 특히 그는 저절로 반향정위를 하기 시작했다. 혀로 날카로운 소리를 반복적으로 내서, 그 소리들이 메아리쳐 되돌아올 때의 미묘한 변화를 귀로 들었다. 이로써 세상에 있는 상이한 사물과 장애물의 상태를 추론할 수 있게 되었다. - P132
대니얼은 인터뷰에서 이렇게 밝혔다. "저는 신호를 보낸 뒤에 되돌려 받아서 주변 상황을 추론합니다." 앞에서 설명했듯이, 대니얼이 말한 내용은외부 광원에서 나온 빛이 한 사물에 반사된 후에 다시 그 신호가 여러분의 눈으로 들어가서 얻는 시각적 경험과 별로 다르지 않다. - P132
반향정위를 이용해 요리도 하고 산책도 하고 쇼핑도 하며, 심지어 자전거도 탄다. 자전거 타기는그가 신호를 들을 수만 있다면 아주 힘든 일이 아니다. 반향정위를 이용해서 그는 주변에 무엇이 있는지에 관한 훌륭한 그림을 마음속에서 얻는다. - P133
내가 근무하는 대학교의 몇몇 과학자는 답을 알아내기 위해 흥미롭고독창적인 실험을 하나 고안해냈다.¹¹ 대니얼을 포함해서 스티븐 아놋stephenArmott. 로어 탈러 Lore Thaler, 제니퍼 밀느Jennifer Milne, 멜빈 구달Melvyn Goodale은반향정위를 이용해 주변 상황을 기억할 수 있는 다른 두 시각장애인 참가자를 모았다(Arnott, Thaler, Milne, Kish & Goodale, 2013).
11) 이 연구를 이끈 과학자인 멜빈 구달은 시각 인지 분야에서 세계 최고의 전문가다. 이런 연구를 할 수 있는 다른 곳은 전 세계에 매우 적다. - P133
과학자들은 그렇게 할 독창적인 방법을 하나 고안해냈다. 우선, 두 피실험자에게 통제된 상황에서 인식하기 쉬운 여러 가지 상이한 사물을 반향정위로 인식하도록 했다. 가령 피실험자는 크고 매끄러운 물체 또는 알루미늄 포일로 덮여 있어 불규칙적인 모시리를 지닌 물체를 식별했다. 이두물체는 표면이 소리를 서로 다른 방식으로 반사하기 때문에 서로 다른 소리가 난다. 한편 그런 까닭에 두 물체는 생긴 모습도 다르다. - P134
피실험자가 내는 날카로운 소리는 물체에 반사되어 되돌아왔는데, 이 소리가 피실험자의 귀와 같은 장소에 있는 마이크로 녹음되었다. 달리 말해서, 피실험자가 듣고 있던 것과 똑같은 소리인 반향정위 신호를 마이크가 포착해서 녹음했다. - P135
이런 방식으로 과학자들은 본질적으로 사물의 청각적 그림을 얻을 수 있었다. 과학자들이 녹음된 소리를 냈던 피실험자들한테 그 녹음을 재생해서 들려주었더니, 피실험자들은 자신들이 반향정위를 했을 때처럼 사물들을 식별할 수 있었다. - P135
이 연구 결과는 피실험자들의 주관적 및 인지적 경험과 시각 일반에 관해 몇 가지 질문을 촉발했다. 이 사람들은 시각적 영상을 경험하는가? - P135
확실한 건 이 효과는 얼마나 일찍 누군가의 시력이 상실되었느냐에 달린 듯하다. 그렇게 보자면 이 효과가 시각과 완전히 똑같다고 할 수는 없다. - P136
시각피질은 외부 세계와의 어떤 대응 관계를 보존하는데, 설령 정보가 더욱 추상적이 되어갈 때도 마찬가지다. 그리고 입력 표상을 활성화의 기존 패턴(즉, 기억)과 일치시키려고 한다. 또한 이 표상에 부합하도록 행동을 일으킨다. - P136
지금껏 살펴본 여러 사례에서처럼, 감각 입력은 뇌에 불완전하거나 심지어 부정확한 외부 세계의 요약 정보를 제공한다. - P136
우리는 단지 세계를 있는 그대로 보지 않는다. 실제 모습과뇌가 보아야 할 모습의 혼합으로서 세계를 본다. 그렇다면 우리는 자신의 감각을 믿어야 할까? 지각을 믿어야 할까? 물론이다. - P137
. 이 추측 덕분에 우리는 빠르게 생각하고 행동할 수 있으며, 세계를 우리의 필요대로 지각할 수 있다. 지각은 우리의행동과 목표, 욕구에 이바지한다. 지각은 우리를 계속 살아가게 한다. 그런까닭에 우리는 지각을 믿는다. 지각이야말로 우리가 가진 모든 것이다. - P137
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