감각의 심리학, 색채시각

우리는 대상이 색채를 가지고 있는 것처럼 이야기한다. 예컨대, "토마토는 빨갛다"고 말한다. 여러분은 "만일 숲에서 나무 한 그루가 쓰러지는데 아무도 듣는 사람이 없다면, 나무는 소리를 내는 것인가?"라는 오래된 철학적 물음을 곰곰이 생각해 본 적이 있을지 모르겠다. 색채에 대해서도 동일한 물음을 던질 수 있다. 만일 토마토를 보는 사람이 없다면, 그 토마토는 여전히 빨간 색인가? 그 답은 '아니다'이다. 토마토는 결코 빨갛지 않다. 왜냐하면 토마토는 빨강에 해당하는 장파장을 거부(반사)하기 때문이다. 둘째, 토마토의 색은 우리의 마음이 구성한 것이다. 아이작 뉴턴(Isaac Newton, 1704)이 언급한 바와 같이, "빛은 색을 가지고 있지 않다." 색채는 시각의 모든 측면과 마찬가지로 대상에 자리 잡고 있는 것이 아니라, 두뇌라고 하는 극장에 들어있는 것이다. 꿈을 꿀 때조차도 우리는 대상을 천연색으로 지각할 수 있다. 시각 연구에서 가장 기볹거이면서도 복잡한 미스터리 중의 하나는 어떻게 우리가 세상을 천연색으로 보느냐는 사실이다. 망막을 자극하는 빛 에너지로부터 두뇌는 다양한 색채 경험을 어떻게 만들어내는 것인가? 색채에 대한 차이 역은 매우 낮기 때문에 대략 칠백만 개의 색들을 변별할 수 있다(Geldard, 1972). 그렇지만 우리가 모두 그런 능력을 갖추고 있는 것은 아니다. 대략 50명 중 한 명은 색채 시각에 문제가 있으며, 그 결함은 유전적으로 남자에게 나타나기 십상이다. 색채 시각의 결함이 일어나는 이유를 이해하는 것은 정상적인 색채 시각이 어떻게 작동하는 것인지를 이해하는 데 도움을 준다. 색채 시각의 미스터리에 대한 현대적 연구는 19세기에 헤르만 폰 헬름홀츠(Hermann Von Helmholtz)가 영국의 물리학자 토마스 영(Thomas Young)의 통찰을 확장시키면서 시작되었다. 영과 헬름홀츠는 세 가지 원색에-빨강, 녹색, 그리고 파랑-해당하는 빛 파장을 조합함으로써 모든 색을 만들어낼 수 있다는 사실을 알고 있었다. 따라서 이들은 눈이 빛의 삼원색 각각에 반응하는 세 가지 유형의 색채 수용기를 가지고 있을 수밖에 없다고 추론하였다. 여러 해가 지난 후에 연구자들은 다양한 색깔 자극에 대한 여러 원추체의 반응을 측정하여 영-헬름홀츠 삼원색 이론(Young-Helmholtz trichromatic theory)을 확증하였다. 이 이론은 망막이 세 가지 유형의 색채 수용기를 가지고 있으며, 각각은 세 가지 색 중 하나에만 특히 민감하다고 진술한다. 놀랍게도 이 색들은 정말로 빨강, 녹색, 또는 파랑이다. 이 원추체의 조합을 자극하면, 다른 색깔을 경험한다. 예컨대, 노랑에 특별히 민감한 수용기는 없다. 그렇지만 빨강 원추체와 녹색 원추체를 동시에 자극하면, 노랑을 경험한다. 만일 여러분이 이 현상을 그림물감을 섞는 것으로 이해하려고 시도하고 있다면, 다시 생각해 보는 것이 좋겠다. 물감 혼합은 감산 색채 혼합(subtractive color mixing)이다. 왜냐하면 반사하는 빛에서 파장을 빼가기 때문이다. 보다 많은 물감을 섞을수록 보다 적은 파장만이 반사된다. 따라서 파랑 물감과 노랑 물감을 섞으면, 녹색만이 반사된다. 빨강, 파랑, 노랑을 혼합하면 어떤 파장도 반사되지 않으며, 갈색이나 검정을 보게 된다. 그러나 영과 헬름홀츠가 하였던 것처럼 빛 혼합은 가산 색채 혼합(additive color mixing)이다. 왜냐하면 혼합이 파장을 첨가하여 빛을 증가시키기 때문이다. 빨강, 파랑, 그리고 녹색을 혼합하면 백색 광선이 만들어진다(그림 5.19). 대부분의 색채장애자는 실제로 '색맹'이 아니다. 단지 빨강 원추체나 녹색 원추체의 기능이 결여되었거나 때로는 둘 모두의 기능이 장애를 보이기도 한다. 이들의 시각은 삼원색이 아니라 단색 상이거나 두 가지 색상이어서-일생동안 지속되는 시각은 정상인 것처럼 보이기 때문에 본인들도 알지 못하기 십상이다-그림 5.20에서 빨강과 녹색을 구분할 수 없게 만들어버린다(Boynton, 1979). 개들도 빨강에 해당하는 파장을 받아들이는 수용기가 없기 때문에 단지 제한된 두 가지 색상의 색채 시각만을 할 수 있다(Neitz 등, 1989). 영과 헬름홀츠가 삼원색 이론을 제안하자, 생리학자 에발트 헤링(Ewald Hering)은 색채 시각의 또 다른 미스터리가 해결되지 않은 채 남아있다는 사실을 지적하고 나섰다. 예컨대, 빨강과 녹색 불빛을 혼합하는 노랑을 본다. 그렇다면 빨강과 녹색을 볼 수 없는 사람들이 어떻게 계속해서 노랑을 볼 수 있는 것인가? 그리고 노랑은 자주가 빨강과 파랑의 혼합으로 보이는 것과는 달리, 빨강과 녹색의 혼합이 아니라 순색으로 보이는 이유는 무엇인가? 헤링은 잘 알려져 있는 잔상(afterimage) 현상에서 실마리를 찾아냈다. 녹색 사각형을 얼마 동안 응시하고 나서 흰 종이를 보면, 녹색의 보색(opponent color)인 빨강을 경험한다. 노랑 사각형을 응시하고 나서 흰 종이를 보면, 노랑의 보색인 파랑을 경험한다(그림 5.21 참조). 헤링은 두 가지 부가적인 색채 과정이 존재하는데, 하나는 빨강-대-녹색 지각에 관여하며 다른 하나는 파랑-대-노랑 지각에 관여할 것이라고 추측하였다. 한 세기가 지난 후에 연구자들은 헤링의 대립 과정 이론(opponent-process theory)을 확증하였다. 시각정보는 수용기 세포를 떠난 후에 빨강과 녹색, 파랑과 노랑, 그리고 하양과 검정의 보색에 근거하여 분석된다. 망막과 시상에서 어떤 뉴런은 빨강에 흥분하지만 녹색에는 반응하지 않는다. 다른 뉴런은 녹색에 흥분하지만 빨강에는 반응하지 않는다(De Valois&De Valois, 1975). 대립 과정은 잔상 현상을 설명해 준다. 그림 5.21에서 녹색을 응시하면 녹색 반응이 피로해진다. 그런 다음에 흰 판을 보면, 녹색-빨강 쌍에서 빨강 부분만이 정상적으로 활동을 하게 되는 것이다. 색채 시각의 미스터리에 대한 현재까지의 해결책은 대체로 이렇다. 색채처리는 두 단계에서 일어난다. 영-헬름홀츠 삼원색 이론이 제안하고 있는 것처럼 망막의 빨강, 녹색, 그리고 파랑 원추체는 서로 다른 색채 자극에 반응한다. 그런 후에 그 신호는 시각피질로 전달되는 과정에서 신경계의 대립 과정 세포들에 의해서 처리된다.