청각이 빠를까 시각이 빠를까

태초에 소리의 탄생, 생명체의 발생 그리고 감각의 진화까지 우리가 소리를 듣게 되기까지 45억년이 걸렸다. 45억년을 4분 분량으로 축약한 이 전 포스트를 참고하려면 아래를 클릭.

물고기가 사람의 선배인 이유

중요한 것은 감각으로 얻게된 소리 정보를 어떻게 활용하는지 그 프로세스이다. 공기가 진동하고 소리가 존재한다는 것만으로는 우리에게 아무런 의미가 없다. 소리를 듣고 그에 반응하여 행동하고 정보로써 활용해야 비로소 유의미한 소리라 할 수 있다. 빛과 소리를 인식하여 처리하는것은 모두 뇌의 몫이다. 대부분의 동물은 적절한 형태의 뇌를 가지고 있는데 그 구조와 복잡함에 있어 구분되는 단계가 동물의 종류와 일치한다. 가령, 파충류에게는 감정과 모성애가 없고 포유류는 감정은 있지만 이성적일 수 없다. 이러한 큰 차이를 만드는 뇌의 구조, 그리고 오감 중 가장 많은 정보를 제공한다는 시각과, 가장 빠른 반응을 하는 청각의 잘 알려지지 않은 차이점을 알아보자.

대뇌피질

최초의 뇌는 물속에 사는 물고기가 몸체의 각 부분을 신경으로 연결하기 위해 하나의 관을 만들면서 시작되었다. 원시적인 뇌는 척추 끝의 돌출부위에 지나지 않았지만 신경세포들이 역할을 분담하면서 독립적인 기능들이 만들어졌다. 예를 들어 빛에 민감한 부분은 눈이 되고 소리에 반응하는 곳은 귀가 되는 식이었다. 이러한 기능들이 운동을 지배하는 소뇌와 연결되면서 기계적이고 의식이 없는 뇌간이 되었다. 

최초로 만들어진 파충류의 뇌는 식물의 둥근 뿌리처럼 생겼으며 중추신경계를 이루는 부분이다. 이곳에는 생명을 조절하는 중앙 통제실이 있다. 파충류의 뇌는 살아있는 동안 심장박동을 유지하고 폐를 확장, 수축 시키며 혈액속의 염분과 물의 균형을 조절한다. 파충류의 뇌는 감정이 없으며 공격과 구애, 짝짓기, 세력 다툼과 같은 기본적인 본능만 있다. 

맥린이 설명한 "3중뇌" 또는 "삼위일체뇌" 의 형태이다. 가장 안쪽의 갈색은 파충류가 가지는 뇌간 + 소뇌 영역이며 공격과 방어 등 생존에 관한 기본적인 행동만을 지시한다. 포유류는 이에 더하여 "변연계" 라는 뇌를 갖는다. 붉은색으로 표시된 변연계는 편도, 시상하부, 해마로 이루어 지는데, 감정과 걱정, 모성애 등의 훨씬 복잡한 역할을 할 수 있다. 포유류 동물과 인간이 다른점은 가장 바깥의 파란색 부분인 대뇌피질 (또는 신피질)에서 온다. 대뇌피질 덕분에 우리는 이성과 분석, 비판과 사고 라는 고차원적인 뇌 활동을 하게 되는 것이다. 사람은 파충류의 뇌와 포유류의 뇌도 모두 가 가지고 있어서 3중 뇌 구조를 지니는 것으로 알려져 있다.

 

포유류의 뇌는 기본을 이루는 뇌간의 형태가 파충류의 것과 흡사하지만 이 첫 번째 뇌를 부드럽게 둘러싸고 있는 두 번째 뇌인 대뇌변연계가 있다. 대뇌변연계는 시각, 청각, 후각을 종합적으로 지배하는 시상, 원시적 기억 시스템인 편도체와 해마, 외부로부터의 자극에 민감하게 반응하는 시상하부 등으로 이루어져 있다.  

인간으로 진화한 포유동물의 뇌에서는 감각기관에 의해 자극을 받은 얇은 세포들이 형성되면서 많은 신경들이 연결되었는데, 이 부위가 커지면서 소뇌가 뒤쪽으로 밀려나고 대칭을 이루는 두개의 반구형태의 대뇌피질이 형성되었다. ‘인식’이라고 알려진 감각적 경험과 ‘의지’라고 알려진 의식적 마음은 모두 대뇌피질에서 비롯된다. 상징적 표현, 전략, 계획, 문제 해결 등을 요구하는 모든 작업은 대뇌피질에서 처리된다. 인간은 모든 생명체 중 가장 큰 대뇌피질을 가지고 있다. 그리고 약 150만 년 전 인간의 뇌가 폭발적으로 커지면서 우리 조상들은 많은 생각을 할 수 있게 되었고 그에 따라 새로운 뇌 조직이 필요해졌다. 이마 쪽에 자리 잡은 전두엽은 처음보다 1.5배로 커져 대뇌피질의 40%를 차지하며 사고, 창조력 등 고차원적인 기능을 통합하는 동시에 감정을 의식적으로 조절하는 중요한 역할을 한다. 침팬지나 고릴라 같은 영장류의 언어중추는 본능과 관련된 대뇌변연계에 위치한 반면 인간의 언어중추는 대뇌피질에 위치한다. 인간의 언어중추가 안쪽의 ‘느끼는 뇌’ 에서 앞쪽의 ‘생각하는 뇌’로 옮겨진 것이 다른 영장류와 엄청난 차이를 만드는 계기가 되었다.

창의적인 레코딩, 믹싱과 마스터링은 전두엽에서 관장한다. 게다가 믹스가 잘 안풀릴 때 화를 다스리는 역할까지도 한다. 

 

청각회로와 시각회로의 연산 속도

척추동물의 뇌가 하는 일의 상당 부분은 감각 변화를 통해 모든 물리적 정보를 취합하여 행동의 바탕이 되는 외부세계의 인식 모형을 구성하는 일이다. 이를 위해 일정한 구조를 지닌 유모 세포를 이용해 압력이나 입자 운동의 변화를 감지하며 이를 행동에 도움을 줄 지각으로 변환시킨다. 

청각은 시각보다 훨씬 빠르다. 흔히 반대라고 생각하기 쉽지만, 빛의 속도가 소리보다 빠른 것이지 감각의 속도와는 무관하다. 빛은 우주에서 가장 빠른 속도로 움직이는 입자인데 1초에 약 300,000 km를 이동한다. 빛이 발생하고 우리 뇌 속의 시각 피질에 닿을 때까지 10억분의 1초도 걸리지 않는다. 하지만 입력신호로부터 사물 인식에 이르는 시간은 수백에서 수천 밀리세컨 정도가 걸린다. 광자들이 우리의 눈으로 들어오면 망막의 특수 광수용체에 부딪혀 점점 느려지면서 화학적 속력에 따라 작동한다. 광수용체의 2차 메신저 시스템이 활성화되고 여기서 나온 신호가 시냅스를 거쳐 망막 신경질 세포로 전달된다. 그 다음에 신경질 세포는 다른 망막세포를 이중점검하면서 이 압력을 수용할지 거절할지 판단하고 그 결과에 따라 화학적-전기적 혼합 신호를 광학신경의 긴 경로를 따라 외측슬상체(lateral geniculate) 내의 여러 목적지 층 가운데 한 곳으로 내려 보낸다. 거기서부터 다시 시냅스를 거쳐 일차시각피질로 가거나 아니면 윗언덕(superior colliculus) 같은 곳으로 가는데 이 과정에서 수백 밀리세컨의 시간이 소요된다. 그리고 이러한 작용간의 사이에 걸리는 시간으로 인해 잔상효과라는 현상이 일어난다. 이로 인해 우리는 1초에 약 15~20번 이상 변화하는 사건은 개별적인 변화로 인식되지 못하고 그것들을 하나의 연속적인 변화로 지각한다. 따라서 초당 15장 이상의 정지 사진을 연속으로 재생함으로써 동영상을 만들 수가 있다. 

 

연속된 사진을 동영상으로 인식하는 움직임잔상 (Motion afterimage)은 눈의 자극이 뇌에서 처리되면서 일어나는 현상인 반면에 색이나 빛에 의한 잔상 (Afterimage)은 눈의 망막 자체에서 일어나는 현상이다. 왼쪽 사진을 클릭하면 색에 의한 잔상효과를 동영상을 볼 수 있다. 화면 중앙의 점을 응시하고 있다 보면 그림이 흑백사진으로 바뀌는데, 순간 흑백사진이 칼라 사진으로 한동안 보일 것이다.

청각은 시각보다 훨씬 빠른 처리 시스템으로 동작한다. 시각은 초당 15~25번이 처리용량의 최대이지만 청각은 초당 수 천 번 일어나는 사건들에 바탕을 두고 인식한다. 청각 인식 기관의 일차 특징들은 달팽이핵에서 일어나는데, 소리가 귀에 도착한 후 청신경으로부터 입력을 받는 뇌의 첫 번째 부위인 이 곳에 도달하는 과정은 1000분의 1초에 불과하다. 소리가 어디서 오는지를 알아차리는 곳은 위올리브핵인데, 이곳에서 귀에 도달하는 저주파 소리의 마이크로세컨 에서 밀리세컨 사이의 시간차이를 바탕으로 두 귀의 압력을 비교하는데 불과 몇 밀리세컨의 시간지연밖에 생기지 않는다. 숨은그림찾기 또는 틀린그림찾기등의 해답을 시각적으로 파악해 내는 데는 몇 분 정도의 시간이 필요하지만, 복잡한 음악소리 중에서 특정 악기 소리를 파악해 내는 것은 수초 내에 가능한 것처럼 청각은 시각에 비해 매우 빠른 응답속도를 갖는 감각이며 그 내용 선별의 능력 또한 대단히 뛰어나다.

 

 

채승균