우리는 매일 눈으로 세상을 본다고 생각하며 살아갑니다
푸른 하늘을 바라보고, 초록의 싱그러움을 눈으로 보며 또한 아름답게 조화되어 있는 꽃들을 감상합니다
그래서 우리는 자연스럽게 눈으로 본다라고 생각하지만, 지난 글에서 살펴보았듯이, 눈은 단지 빛의 정보를 전달하여 주는 통로에 가깝고 우리가 실제로 본다라는 감각을 느끼게 해 주는 것은 뇌의 작용이었습니다
이러한 사실을 가장 쉽게 이해할수있는 현상이 바로 꿈입니다
우리가 잠을 잘때는 눈을 감고 있기 때문에 눈을 통해서 어떠한 것도 볼 수 없는데, 그럼에도 우리 안에서는 영상이 펼쳐지고 있고, 우리는 무언가를 보고 있는 것입니다
뇌는 아무런 정보도 들어오지않는 잠자는 시간에 그동안 저장해 두었던 정보들을 꺼내서 스스로 이리저리 조합해서 이야기를 만들어내는데 이것이 꿈이라는 현상입니다
그런데 참으로 이상한것은 카메라에는 들어온 이미지의 정보들을 다시 영상으로 출력해 주는 모니터라는 장치가 있지만 뇌에는 들어온 정보들을 다시 출력해주는 기관이 없다는 것입니다
그냥 시각세포들에게서 받은 전기신호들만 있을데도 우리는 보고 있는 것입니다
뇌는 도대체 어디에서 이 영상을 보여주고있는것일까요 많은 신경과학자도 이 지점은 설명할 수 없는 지점으로 남아있다고 합니다
이 글에서는 눈과 카메라의 영상을 처리하는 과정을 비교해 보면, 우리가 눈으로 본다는 것이 얼마나 신비에 싸여있는 일인지를 알 수 있을 것입니다
시각 정보가 들어오는 눈과 카메라의 차이
먼저 눈에서 빛이 들어오는 곳은 눈동자의 가장 중앙에 있는 동공인데, 동공은 빛이 들어올 수 있도록 빈 통로로 되어있습니다 그런데 이 빛의 들어오는 통로의 크기를 조절할 수 있는데 그것이 홍채입니다
동공을 둘러싸고 있는 홍채의 근육들이 이 통로의 크기를 조절하여 빛의 양을 조절합니다
그래서 밝은 곳에서는 동공의 크기가 작아지고, 어두운 곳에서는 동공의 크기가 커집니다
카메라도 빛이 들어오는 통로가 중앙에 있는데 이 빛의 통로는 조리개로 조절합니다
우리의 눈과 마찬가지로 빛이 많으면 조리개를 조이고, 빛의 양이 적으면 조리개를 활짝 열어서 빛의 양을 조절합니다
현재 스마트폰이나 일반적으로 손쉽게 사용할 수 있는 카메라는 자동모드로 빛의 양을 조절해서 사용합니다
그러나 카메라가 처음 나올 때는 이 조리개를 다 수동으로 조절해서 사용하였습니다
카메라가 처음 나올 당시, 이 시대의 사람들이 눈의 구조를 알아서 눈의 홍채를 모방해서 이러한 구조를 만든 것이 아니라, 빛의 양을 조절하기 위해서 만든 장치가 결과적으로 눈과 동일한 구조가 되었습니다
망막과 이미지센서
이렇게 빛의 통로들을 통해서 들어온 이미지의 정보들은 눈에서는 망막에, 카메라에서는 이미지센서에 입사됩니다
먼저 눈의 망막에는 수억 개의 시각세포들이 있는데 빛이 들어오면 각 위치에 대응하는 시각세포들이 그 빛의 밝기, 색등의 정보를 감지하고 전기신호로 바꾸는데 이러한 공간적인 배열 덕분에 뇌는 어느 위치에서 들어온 빛인지를 정확하게 감지할 수 있습니다
시각세포들은 두 종류로 나뉘는데 원추세포와 간상세포입니다
원추세포는 색과 디테일한 형태를 감지하는 세포인데 주로 중앙에만 분포되어 있습니다
그리고 중심부를 벗어나면서부터는 색을 보지 못하고 빛의 밝기와 명암만을 구분하는 간상세포가 자리하고 있습니다
이러한 이유 때문에 우리의 눈은 중심부는 선명하게 볼 수 있지만 주변부로 갈수록 세밀함과 선명도가 떨어지는 것입니다 즉 우리의 눈은 중심은 아주 고해상도로 되어있고 주변부는 해상도보다는 움직임에 특화된 센서로 되어있음을 알 수 있습니다
카메라에서 망막에 해당하는 부분은 이미지센서인데, 이미지센서에는 망막의 시각세포에 해당하는 픽셀들이 가로와 세로로 촘촘하게 배열되어 있습니다
빛이 들어오면 이미지센서에 있는 각각의 픽셀들은 자신이 받은 빛의 정보를 전기신호로 변환합니다
이렇게 빛에 반응한 망막의 시각세포와 이미지센서의 픽셀들은 각각의 감지한 정보들을 전기신호로 바꾸어 시각세포들은 그 정보를 뇌로 보내고, 픽셀들은 영상처리장치로 보냅니다
뇌와 카메라의 이미지처리 장치
그런데 전기신호를 받은 뇌와 카메라의 영상처리장치는 이미지를 처리하는 방식이 다릅니다
먼저 영상처리장치는 받은 전기신호를 다시 빛으로 바꾸는 작업을 합니다
왜냐하면 우리의 눈은 전기신호를 이미지로 볼 수 없기 때문인데 이 전기신호를 다시 빛으로 만들어야 우리가 눈으로 볼 수 있는 영상이 되는 것입니다
우리가 보는 모니터에는 빛에 반응하는 픽셀들이 촘촘하게 깔려있는데, 각 위치에 해당하는 전기신호를 다시 빛의 언어로 바꾸어 우리가 영상을 보게 됩니다
그런데 이상하게도 뇌에는 이렇게 입력된 전기신호를 다시 영상으로 만들어내는 곳을 찾지 못하였다고 합니다
뇌는 들어온 전기신호를 처리하며 우리는 그 결과를 영상처럼 보는 경험을 하는 것입니다
즉 카메라에서는 들어온 전기신호를 다시 눈으로 볼 수 있는 빛의 신호로 처리해서 모니터로 볼 수 있게 하지만, 뇌는 이러한 과정 없이 들어온 전기신호로 이미지를 보는 경험을 하는 것입니다
최근 신경과학에서는 놀라운 연구가 이루어졌는데, 피실험자가 어떤 영상을 보고 있을 때 뇌에서 나타나는 전기적인 활동을 측정하였습니다
그리고 이 전기 신호를 인공지능에 입력하여 피실험자가 보고 있었던 영상을 복원하는 데 성공하였습니다
복원된 영상이 흐릿하기는 하였지만 사물의 형태나 풍경, 얼굴등을 어느 정도 알아볼 수 있을 만큼 비슷한 영상이 만들어졌다고 합니다
즉 우리가 눈으로 받아들인 빛은 망막에서 전기신호로 바뀌고, 그 전기신호에는 우리가 보고 있는 장면에 대한 정보가 담겨있는데, 우리의 뇌는 어디에서 이 전기신호를 보는 것일까요
과학자들은 뇌를 아무리 자세히 조사해도 영상을 비추는 스크린이나 모니터는 없고, 단지 수십억 개의 뉴런들이 전기신호를 주고받는 것만을 본다고 하는데, 뇌는 전기신호만으로도 우리가 영상을 경험하게 만드는 놀라운 기관이라는 사실을 보여주는 것입니다