Mind Matters - May 28, 2008
환영의 신경과학 (The Neuroscience of Illusion)
어떻게 착시현상은 뇌 내부의 작용을 드러내는가
글 : Susana Martinez-Conde and Stephen L. Macknik
Neural Correlate Society는 최근에 올해의 최고의 착시 현상 컨테스트 수상작들을 발표했다. 이를 축하하기 위해 Mind Matters는 신경과학자 Susana Martines-Conde 와 Stephen L. Macknik 을 초청했다. 이들은 시각적 감지 분야에서의 최고 권위자들로 시각적 착시 현상에 대한 과학적인 가치에 대해서 언급했다.
우리가 경험하는 모든 것은 실제로는 우리의 상상력에서 나온 허구(a figment of our imagination) 라는 것이 신경과학적인 사실(fact) 이다. 우리의 감각 기관이 정확하고 현실그대로 감지한다고 하더라도 그것들이 바깥 세상의 물리적 실재를 그대로 재구성해 내는 것은 아니다. 물론 매일 매일의 많은 경험들이 뇌로 들어오는 물리적인 자극들을 초래한다. 하지만 실제로 그 감각 입력을 해석하는 동일한 신경 기관들은 또한 우리들의 꿈과 환상, 기억의 오류등을 만들어 낸다. 즉, 뇌에서는 실재와 상상이 같은 물리적 소스들을 공유하고 있는 셈이다. 그래서 일찌감치 소크라테스는 말한 바 있다 : “All I know is that I know nothing.”
신경과학자들이 뇌가 어떻게 현실감(sense of reality)를 만들어내는가를 이해하는데 있어 가장 중요한 도구 중의 하나가 바로 시각적인 착시 현상이다. 역사적으로 시각 예술가들과 요술사들이 이런 착시 현상들을 이용해 왔고, 이를 통해 우리들의 시각 시스템의 동작에 대한 깊은 이해를 발전시켜 왔다. 과학자들이 뉴런의 설질에 대해서 공부하기 훨씬 이전에 예술가들은 뇌를 속여서 평평한 화면을 3차원인 것처럼 인식시키는 일련의 기술들을 고안해 왔고 그 생명력은 여전하다.
시각적 환상은 물리적 실재와 그 대상 혹은 사건의 주관적 지각 사이의 분리로 정의된다. 우리가 이런 시각적 환상을 경험할 때 우리가 본 어떤 것은 실제로 거기 없는 것이거나 실제로 있는 것을 보지 못한 것이거나 심지어는 실제와 다르게 본 것이다. 지각과 실재 사이의 이런 해리현상으로 인해, 시각적 환상은 실제로 뇌가 실제의 물리적 세계의 재구성을 왜곡할 수 있다는 것을 보여준다. 이러한 오류들을 공부함으로 인해서 뇌에서 시각적 경험을 구축하는데 사용하는 계산적 방법들에 대해서 공부할 수 있다.
아래의 예들은 뇌의 동작에 대한 힌트를 주는 중요한 시각적인 환상들을 중요한 카테고리로 나눠 본 것이다.
명암과 컬러에 대한 환상 (BRIGHTNESS AND COLOR ILLUSIONS)
이 그림은 MIT의 Edward Adelson에 의해서 만들어 졌다. 사각형 A 와 B는 똑같은 회색이다. 믿지 못하겠다면 일단 프린터로 인쇄를 한 후에 두 사각형을 잘라서 서로 비교해 보기 바란다. 이런 착시는 우리의 뇌가 실제 세계의 대상의 실제 채도와 명도를 바로 감지하지 못하고 근처에 있는 다른 대상과의 비교를 통해서 재구성해낸다는 것을 의미한다. 예를 들어서 같은 회색 사격형이라도 밝은 색으로 둘러싸인 것이 어두운 색으로 둘러싸인 것보다 어두워 보인다. 다른 예로, 실내 조명 아래에서 종이에 인쇄된 글자를 읽을 때 흰 바탕에서 반사되는 빛의 양은 태양 아래의 직사 광선 아래서 검은 글자에서 반사되는 빛의 양보다도 적다. 우리의 뇌는 실제로 빛의 수준에 대해서는 상관하지 않는다. 대신에 검은 글자를 인식한다. 왜냐면 그 글자들은 주위의 다른 부분보다 여전히 어둡기 때문이다. 이것은 조명 환경과 전혀 상관없다. 다른 말로 하면, 우리가 읽는 모든 신문 자체가 시각적 환상이다!
형상 왜곡 환상 (SHAPE DISTORTION ILLUSION)
이것은 café wall 환상이라고 불린다. 이것이 처음 발견된것은 영국 브리스톨의 café에 있는 Richard Gregory의 연구실이었다. 검은색과 흰색 타일은 똑바른 직선이다. 하지만 기울어져 보인다. 이것은 형상 왜곡 착시이다. 실제 형상과 다른 형태로 인식된다. 앞의 명암과 컬러 환상과 마찬가지로 주변 형상들의 모양들과의 상호 작용에 의한 것이다. 뇌의 경우 知覺은 거의 대부분 그 컨텍스트에 의존한다.
운동 착시(ILLUSORY MOTION)
어떤 패턴들은 정지해 있는 것임에도 불구하고 운동에 대한 착시 환상을 만들어 낸다. 이 현상은 눈동자를 그림을 따라서 움직이면 더 강하게 나타난다. Akiyoshi Kitaoka 에 의해서 고안된 이 그림은 회전하는 '뱀(snakes)'이 그 예이다. 하지만 실제로 움직이는 건 아무것도 없다. 단지 보고 있는 사람의 눈이 움직이면 모를까. 그림의 뱀들 중앙에 있는 검은 점에 초점을 모아보자. 재미있게도 움직임이 느려지거나 멈출 것이다. 왜냐하면 의식적으로 눈동작을 그친 것이 운동 착시를 멈추게 한 것이다. 이를 통해서 운동 착시는 눈 동작에서 기인한다는 것을 추측해 볼 수 있다. 시각을 연구하는 과학자들은 이런 착시 운동이 실제로 운동하는 것을 인지했을 때 활성화 되는 부분을 동일하게 활성화 시키는 것을 확인했다.
애매모호한 형상(AMBIGUOUS FIGURES)
이 한다발의 바이올렛은 나폴레옹과 그의 아내 그리고 아이들의 얼굴을 담고 있다. 그들을 발견해 내셨는지? 나폴레옹이 추방된 기간 동안 그의 추종자들은 이 1815년의 판화를 복사해서 배포했다. 이런 착시 하에서 뇌는 같은 그림을 2가지 방법으로 해석한다. 이 두가지 해석은 상호적으로 배타적이다. 즉 두가지 형태를 동시에 볼 수 없다. 이런 것을 직역하자면 애매모호한 형상(ambiguous figures)라고 하는데 물리적 세계로부터 대상의 주관적인 지각을 분리해내는 데 강력한 도구가 된다. 물리적인 대상은 변하지 않는다 다만 2개 혹은 그 이상의 가능한 해석 사이의 지각적인 선택이 있을 뿐이다. 이런 이유로 이 착시 형상은 연구실에서 의식의 신경 상관관계를 연구하는데 사용된다.
삼차원 환영(3-D ILLUSIONS)
로마에 있는 성 이냐시오 성당(St. Ignatius's church)의 큐폴라는 바로크 확각법의 좋은 예이다. 교회 건축가인 Horace Grassi는 원래 진짜 큐폴라를 계획했었지만 교회의 완성을 보지 못하고 세상을 떠났고 예산은 다른 데 사용되었다. 30년이 지난 1865년에 예수회 화가였던 Andrea Pozzo (1642-179)은 제단 위의 천장에 그림으로 위조 큐폴라를 만들 것은 건의한다. 포조는 이미 이런 종류의 환각 그림의 대가로 알려졌었지만 그 결과는 대단해서 지금도 성당을 방문하는 사람들은 이 눈부신 큐폴라가 그림에 의한 환각일 뿐이라는 것에 놀라워한다.
환영의 신경과학 (The Neuroscience of Illusion)
어떻게 착시현상은 뇌 내부의 작용을 드러내는가
글 : Susana Martinez-Conde and Stephen L. Macknik
Neural Correlate Society는 최근에 올해의 최고의 착시 현상 컨테스트 수상작들을 발표했다. 이를 축하하기 위해 Mind Matters는 신경과학자 Susana Martines-Conde 와 Stephen L. Macknik 을 초청했다. 이들은 시각적 감지 분야에서의 최고 권위자들로 시각적 착시 현상에 대한 과학적인 가치에 대해서 언급했다.
우리가 경험하는 모든 것은 실제로는 우리의 상상력에서 나온 허구(a figment of our imagination) 라는 것이 신경과학적인 사실(fact) 이다. 우리의 감각 기관이 정확하고 현실그대로 감지한다고 하더라도 그것들이 바깥 세상의 물리적 실재를 그대로 재구성해 내는 것은 아니다. 물론 매일 매일의 많은 경험들이 뇌로 들어오는 물리적인 자극들을 초래한다. 하지만 실제로 그 감각 입력을 해석하는 동일한 신경 기관들은 또한 우리들의 꿈과 환상, 기억의 오류등을 만들어 낸다. 즉, 뇌에서는 실재와 상상이 같은 물리적 소스들을 공유하고 있는 셈이다. 그래서 일찌감치 소크라테스는 말한 바 있다 : “All I know is that I know nothing.”
신경과학자들이 뇌가 어떻게 현실감(sense of reality)를 만들어내는가를 이해하는데 있어 가장 중요한 도구 중의 하나가 바로 시각적인 착시 현상이다. 역사적으로 시각 예술가들과 요술사들이 이런 착시 현상들을 이용해 왔고, 이를 통해 우리들의 시각 시스템의 동작에 대한 깊은 이해를 발전시켜 왔다. 과학자들이 뉴런의 설질에 대해서 공부하기 훨씬 이전에 예술가들은 뇌를 속여서 평평한 화면을 3차원인 것처럼 인식시키는 일련의 기술들을 고안해 왔고 그 생명력은 여전하다.
시각적 환상은 물리적 실재와 그 대상 혹은 사건의 주관적 지각 사이의 분리로 정의된다. 우리가 이런 시각적 환상을 경험할 때 우리가 본 어떤 것은 실제로 거기 없는 것이거나 실제로 있는 것을 보지 못한 것이거나 심지어는 실제와 다르게 본 것이다. 지각과 실재 사이의 이런 해리현상으로 인해, 시각적 환상은 실제로 뇌가 실제의 물리적 세계의 재구성을 왜곡할 수 있다는 것을 보여준다. 이러한 오류들을 공부함으로 인해서 뇌에서 시각적 경험을 구축하는데 사용하는 계산적 방법들에 대해서 공부할 수 있다.
아래의 예들은 뇌의 동작에 대한 힌트를 주는 중요한 시각적인 환상들을 중요한 카테고리로 나눠 본 것이다.
이 그림은 MIT의 Edward Adelson에 의해서 만들어 졌다. 사각형 A 와 B는 똑같은 회색이다. 믿지 못하겠다면 일단 프린터로 인쇄를 한 후에 두 사각형을 잘라서 서로 비교해 보기 바란다. 이런 착시는 우리의 뇌가 실제 세계의 대상의 실제 채도와 명도를 바로 감지하지 못하고 근처에 있는 다른 대상과의 비교를 통해서 재구성해낸다는 것을 의미한다. 예를 들어서 같은 회색 사격형이라도 밝은 색으로 둘러싸인 것이 어두운 색으로 둘러싸인 것보다 어두워 보인다. 다른 예로, 실내 조명 아래에서 종이에 인쇄된 글자를 읽을 때 흰 바탕에서 반사되는 빛의 양은 태양 아래의 직사 광선 아래서 검은 글자에서 반사되는 빛의 양보다도 적다. 우리의 뇌는 실제로 빛의 수준에 대해서는 상관하지 않는다. 대신에 검은 글자를 인식한다. 왜냐면 그 글자들은 주위의 다른 부분보다 여전히 어둡기 때문이다. 이것은 조명 환경과 전혀 상관없다. 다른 말로 하면, 우리가 읽는 모든 신문 자체가 시각적 환상이다!
이것은 café wall 환상이라고 불린다. 이것이 처음 발견된것은 영국 브리스톨의 café에 있는 Richard Gregory의 연구실이었다. 검은색과 흰색 타일은 똑바른 직선이다. 하지만 기울어져 보인다. 이것은 형상 왜곡 착시이다. 실제 형상과 다른 형태로 인식된다. 앞의 명암과 컬러 환상과 마찬가지로 주변 형상들의 모양들과의 상호 작용에 의한 것이다. 뇌의 경우 知覺은 거의 대부분 그 컨텍스트에 의존한다.
어떤 패턴들은 정지해 있는 것임에도 불구하고 운동에 대한 착시 환상을 만들어 낸다. 이 현상은 눈동자를 그림을 따라서 움직이면 더 강하게 나타난다. Akiyoshi Kitaoka 에 의해서 고안된 이 그림은 회전하는 '뱀(snakes)'이 그 예이다. 하지만 실제로 움직이는 건 아무것도 없다. 단지 보고 있는 사람의 눈이 움직이면 모를까. 그림의 뱀들 중앙에 있는 검은 점에 초점을 모아보자. 재미있게도 움직임이 느려지거나 멈출 것이다. 왜냐하면 의식적으로 눈동작을 그친 것이 운동 착시를 멈추게 한 것이다. 이를 통해서 운동 착시는 눈 동작에서 기인한다는 것을 추측해 볼 수 있다. 시각을 연구하는 과학자들은 이런 착시 운동이 실제로 운동하는 것을 인지했을 때 활성화 되는 부분을 동일하게 활성화 시키는 것을 확인했다.
이 한다발의 바이올렛은 나폴레옹과 그의 아내 그리고 아이들의 얼굴을 담고 있다. 그들을 발견해 내셨는지? 나폴레옹이 추방된 기간 동안 그의 추종자들은 이 1815년의 판화를 복사해서 배포했다. 이런 착시 하에서 뇌는 같은 그림을 2가지 방법으로 해석한다. 이 두가지 해석은 상호적으로 배타적이다. 즉 두가지 형태를 동시에 볼 수 없다. 이런 것을 직역하자면 애매모호한 형상(ambiguous figures)라고 하는데 물리적 세계로부터 대상의 주관적인 지각을 분리해내는 데 강력한 도구가 된다. 물리적인 대상은 변하지 않는다 다만 2개 혹은 그 이상의 가능한 해석 사이의 지각적인 선택이 있을 뿐이다. 이런 이유로 이 착시 형상은 연구실에서 의식의 신경 상관관계를 연구하는데 사용된다.
로마에 있는 성 이냐시오 성당(St. Ignatius's church)의 큐폴라는 바로크 확각법의 좋은 예이다. 교회 건축가인 Horace Grassi는 원래 진짜 큐폴라를 계획했었지만 교회의 완성을 보지 못하고 세상을 떠났고 예산은 다른 데 사용되었다. 30년이 지난 1865년에 예수회 화가였던 Andrea Pozzo (1642-179)은 제단 위의 천장에 그림으로 위조 큐폴라를 만들 것은 건의한다. 포조는 이미 이런 종류의 환각 그림의 대가로 알려졌었지만 그 결과는 대단해서 지금도 성당을 방문하는 사람들은 이 눈부신 큐폴라가 그림에 의한 환각일 뿐이라는 것에 놀라워한다.
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