눈은 카메라와 닮았다. 각막과 수정체가 렌즈, 홍채가 조리개, 망막이 이미지 센서다. 하지만 센서인 망막은 고르지 않다. 가운데(중심와)만 선명하고, 시신경이 빠져나가는 자리(맹점)에는 센서가 아예 없다. 또 망막은 빛을 받자마자 신호를 가공까지 한다는 점에서 단순한 센서와 다르다.
예시로 보기
찻잔을 볼 때 빛은 이 순서로 들어간다.
graph LR
C["각막"] --> A["방수"] --> P["동공<br/>(홍채가 크기 조절)"] --> L["수정체"] --> V["유리체"] --> R["망막<br/>중심와에 초점"] --> O["시신경"]
망막에 맺힌 찻잔의 상은 위아래가 뒤집혀 있다. 시선이 향한 곳의 상은 중심와(fovea)에 맺힌다.
카메라와의 대응과 한계는 이렇다1.
| 눈 | 카메라 | 다른 점 |
|---|---|---|
| 각막, 수정체 | 렌즈 | 수정체는 두께를 바꿔 초점을 맞춘다(모양체근). 카메라는 렌즈를 앞뒤로 옮긴다 |
| 홍채와 동공 | 조리개 | 비슷하다 |
| 망막 | 이미지 센서 | 센서가 고르지 않다. 중심와에 촘촘하고 둘레로 갈수록 성기다. 맹점에는 없다 |
| 망막의 신경 세포층 | 이미지 처리 칩 | 센서 바로 앞에서 신호를 가공한다(수렴, 측면 억제) |
정의
눈의 주요 부위와 하는 일은 다음과 같다2.
- 각막(cornea): 앞쪽의 투명한 막. 들어오는 빛을 크게 굴절시킨다.
- 방수(aqueous humor): 각막과 수정체 사이를 채운 액체.
- 홍채(iris)와 동공(pupil): 홍채가 가운데 구멍인 동공의 크기를 바꿔 들어오는 빛의 양을 조절한다.
- 수정체(lens): 모양체근(ciliary muscles)이 두께를 바꿔 초점을 맞춘다.
- 유리체(vitreous humor): 눈 안을 채운 투명한 젤.
- 망막(retina): 시세포(간상체, 추상체)와 신경 세포층이 있는 눈 안쪽 막.
- 중심와(fovea): 시선의 중심이 맺히는 곳. 가장 선명하다.
- 시신경(optic nerve)과 맹점(blind spot): 망막의 신호가 시신경으로 모여 눈을 빠져나가는 자리. 시세포가 없어서 맹점이라 한다.
- 공막(sclera): 눈을 싸는 흰 바깥막.
망막의 층 구조는 빛이 들어오는 방향과 신호가 나가는 방향이 반대다.
빛 → [시신경 섬유층] [신경절 세포] [아마크린·양극·수평 세포] [간상체·추상체] [색소 상피] (눈 뒤쪽)
신호 ← ← ← ← 시작
빛은 신경 세포층을 먼저 지나 맨 안쪽의 시세포에 닿는다. 신호는 시세포 → 양극 세포 → 신경절 세포 → 시신경 섬유 순으로 거꾸로 나온다. 수평 세포와 아마크린 세포는 옆으로 이어져 이웃한 신호를 섞는다. 이 옆 연결이 측면 억제의 배선이다.
flowchart TD
P1["시세포 1"] --> B1["양극 세포 1"] --> G1["신경절 세포 1"] --> N["시신경 섬유"]
P2["시세포 2"] --> B2["양극 세포 2"] --> G2["신경절 세포 2"] --> N
H["수평 세포"] -.- P1
H -.- P2
M["아마크린 세포"] -.- B1
M -.- B2
실선은 신호가 뇌 쪽으로 나가는 세로 길이다. 점선은 옆 연결이다. 수평 세포는 시세포와 양극 세포 사이에서, 아마크린 세포는 양극 세포와 신경절 세포 사이에서 이웃한 줄을 잇는다.
신경 섬유가 망막 안쪽 면을 지나 한곳으로 모여 눈 밖으로 나가야 하므로, 그 자리에는 시세포를 둘 수 없다. 맹점이 생기는 구조적 이유다.
연결
자주 하는 오해
틀렸다. 센서가 없으면 사진에 검은 구멍이 생기듯 시야에도 구멍이 보일 것 같다. 실제로는 두 가지가 구멍을 가린다. 두 눈의 맹점은 시야에서 서로 다른 곳에 있어서 한 눈이 다른 눈의 맹점을 채운다. 한 눈만 떠도 뇌가 주변 무늬로 빈 곳을 메워 지각한다3. 확인 방법: 왼눈을 감고 오른눈으로 앞의 한 점을 보면서, 종이에 찍은 다른 점을 시선에서 오른쪽(귀 쪽)으로 약 15° 옆에 두고 거리를 조절하면 점이 사라지는 자리가 있다. 사라진 자리에는 구멍 대신 종이 바탕이 보인다.
확인 문제
C1 빛이 각막에서 시신경까지 지나는 부위를 순서대로 쓰고, 초점과 빛의 양은 각각 어느 부위가 조절하는지 쓰라.
답: 각막 → 방수 → 동공 → 수정체 → 유리체 → 망막(중심와) → 시신경. 초점은 수정체(모양체근이 두께 조절), 빛의 양은 홍채(동공 크기 조절).
C2 눈을 카메라에 빗대 렌즈, 조리개, 이미지 센서에 해당하는 부위를 쓰고, 이 비유가 맞지 않는 점을 둘 쓰라.
답: 렌즈: 각막·수정체. 조리개: 홍채(동공). 센서: 망막. 맞지 않는 점: (1) 망막의 시세포 밀도가 고르지 않아 중심와만 선명하고 맹점에는 시세포가 없다. (2) 망막이 신호를 바로 가공한다(수렴, 측면 억제). 그 밖에 초점을 렌즈 이동이 아니라 수정체 두께로 맞춘다.
C3 맹점이 생기는 구조적 이유를 망막의 층 순서로 설명하라.
답: 망막에서 시세포는 맨 안쪽(눈 뒤쪽)에 있고, 신경 섬유는 빛이 들어오는 쪽 면을 지나 한곳에 모여 눈 밖으로 나간다. 섬유가 빠져나가는 그 자리에는 시세포를 둘 수 없어서 빛을 받지 못한다.