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우리 몸에서 눈만큼 작으면서도 중요한 역할을 해내는 기관도 흔치 않다. 사물이 보이는 이치는 뭘까. 눈의 구조와 역할을 알아보자.

척추동물의 눈은 카메라의 구조와 상당히 유사하다. 동공을 통해 들어온 빛은 수정체에 의해 굴절되고 초점이 조절되므로 망막에 도립상이 맺히게 된다. 카메라에서 상의 초점은 렌즈를 이동시켜서 조절하는데, 경골어류 양서류 뱀 등은 카메라와 똑같은 방법으로 초점 거리를 조절한다. 조류 포유류 등은 수정체를 이동시키지 않고 수정체의 형태를 변화시켜 초점 거리를 조정한다.

눈의 구조

사람의 안구는 직경이 약 24㎜인 구형을 이루나 전후축이 약간 길다. 이것은 안구의 전면에 둥글게 융기된 부위가 있기 때문인데, 투명한 이 부위를 각막이라 한다. 안구의 나머지 벽은 모두 불투명하며 3종류의 층으로 되어 있다.

■ 공막 : 가장 바깥층으로 대단히 단단하며 안구의 형태를 유지한다. 눈동자를 제외한 눈의 흰자는 바로 공막이다.
■ 맥락막 : 중간층에 있으며 색소세포가 있어서 안구 내로 들어온 광선을 흡수하고 벽에서의 반사를 막아 선명한 상이 맺히도록 한다. 안구 앞쪽에서는 맥락막이 홍채로 된다.
■ 망막 : 안구 1개에 약 1억 2천 만개의 간상세포와 약 7백만개의 원추세포가 존재하여 시각을 형성한다. 간상세포는 O.11x이하의 밝기에서 반응하며 명암을 구별할 수 있다. 그보다 밝을 때는 원추세포에서 반응하는데 이 세포는 색깔을 구별할 수 있다. 원추세포에 이상이 생기면 색맹이 된다.
 

'눈'이 아니라 '대뇌'로 본다

사물이 보이는 것은 눈에 들어온 빛이 망막에 상을 맺어 그 자극이 시신경에 흥분을 일으켜 대뇌의 후두엽에 있는 시각중추에 전해져 시각을 일으키기 때문이다. 우리는 사물을 눈으로 본다고 생각하지만 사실은 대뇌에서 보는 것이다.

사물을 볼 때 거리감이 생기고 입체적으로 보이는 것은 두눈으로 보기 때문이다. 한쪽 눈으로만 보면 입체감이 없어지며 거리를 잘 측정하지 못하게 된다. 우리의 눈은 양측이 떨어져 있어서 좌우의 눈에 보이는 것이 조금씩 다르다. 이 두개의 상이 각각의 시신경으로 대뇌의 시각 중추에 전해지면 여기서 입체감이 생긴다.

좌우 시신경 다발은 그 일부가 도중에서 교차되어 뇌에 도달한다. 망막에 맺게 되는 상은 도립상이지만 대뇌 작용에 의해 정립상으로 느껴진다.
 

지구는 X선(X-ray) 자외선 가시광선 적외선 라디오파 등 여러 종류의 전자기파로 완전히 둘러싸여 있는데, 그 파장범위는 ${10}^{-12}$ - ${10}^{6}$㎝다. 그 가운데 파장 ${10}^{-8}$-${10}^{-2}$㎝의 전자기파를 통상적으로 빛(Light)이라고 부르는데, 스펙트럼에서 인간의 눈에 보이는 가시광선의 파장범위는 극히 좁아서 4백―7백40㎚(1㎚=${10}^{-9}$m)에 한정되어 있다.

원근조절과 조절력

눈과 물체간의 거리에 따라서 모양근의 수축과 이완이 반사적으로 일어나는데 가까운 곳에 있는 물체에 초점을 맞출 때는 모양근(모양체)이 수축하고 먼 곳은 그 반대가 된다. 이와 같이 물체와의 거리에 따라 수정체의 곡률을 변화시켜서 초점거리를 조절하는 현상을 원근조절이라고 한다.

입사광선은 수정체에 이르기 전에 수정체보다 곡률이 훨씬 큰 각막에서 1차적으로 크게 굴절한다. 즉 공기 각막 수정체의 굴절률이 제각기 1, 1.38, 1.45이기 때문에 각막의 표면에서 크게 굴절한 빛은 수정체의 곡률 변화에 따라서 다시한번 적절히 굴절됨으로써 망막에 정확한 초점이 맺히게 되는 것이다.

일반적으로 렌즈의 굴절력을 나타내는데는 디옵터(diopter, D) 라는 단위를 쓴다. 초점거리가 1m인 렌즈의 굴절력은 1D다. 그러므로 초점거리가 5m인 렌즈는 굴절력이 1/5, 즉 0.2D가 되는 것이다.

눈의 총굴절력은 조절작용을 거치지 않고 먼 곳을 바라볼 때 망막에 선명한 상을 맺을 수 있는 경우를 말하는데, 대개 58D의 굴절력으로 눈앞 6m거리 정도다. 이를 원점(far point)이라고 부른다.

눈의 조절능력의 한계는 모양근의 수축력과 렌즈의 탄력성에 달려 있다. 젊은 사람은 렌즈의 탄력성이 크고 렌즈가 유연하기 때문에 매우 가까운 곳도 선명하게 볼 수 있다. 이때 선명하게 볼 수 있는 최단거리를 근점(near point)이라고 하는데 보통 7~10㎝ 정도다. 이때의 총굴절력은 70D다. 그러므로 일반적으로 젊은 사람이 조절할 수 있는 범위는 70D—58D=12D다. 이 값을 조절력이라 한다.

노인은 렌즈의 탄력이 떨어지기 때문에 근점이 멀어져서 조절력이 작아진다. 60세가 되면 조절력이 1D에 불과하므로 근점이 1백㎝나 된다. 그러므로 약 1백㎝ 이내의 물체는 똑똑히 볼 수 없게 되는데, 이를 노안이라 하며 돋보기안경(볼록렌즈)을 이용하여 굴절률을 증가시켜야만 가까운 글씨를 볼 수 있다.
 

시력은 어떻게 계산되나

두 개의 점이 가까이 있을 때 이것을 두 개라고 판단하는 능력, 즉 눈의 분해능을 시력이라 한다. 시력은 분간할 수 있는 '최소'를 뜻하는데 이것을 표시하는 방법으로 최소의 시각을 분(分)으로 측정하고 그 역수를 사용한다. 예를 들면 두 점을 두 점으로 구별할 수 있는 최소의 시각이 1분일 때의 시력은 1.0이며, 최소의 시각이 0.5분일 때의 시력은 2.0이라고 표시하는 것이다.
사람의 최대의 시력은 시각이 0.5분일때, 즉 2.0이다. 시력의 측정은 란돌트(Landolt)의 고리(C) 또는 스넬렌(Snellen)의 E 문자를 이용한다. 흰 바탕에 검은 선으로 그린 이들 고리 또는 문자의 트인 방향을 2백lx 조명(보통 밝은 실내) 아래 6m의 거리에서 가려내도록 하는 것이다.
여기에서 6m를 설정한 이유는 58D의 굴절력으로 가장 먼 곳에서 가장 뚜렷한 상을 맺을 수 있는 거리이기 때문이다.
눈을 움직이지 않고 볼 수 있는 공간의 범위를 시야라고 한다. 정상적 눈의 시야는 좌우의 눈 각각 위쪽 58˚, 아래쪽 73˚, 안쪽(코쪽) 65˚, 바깥쪽 1백˚이며 좌우의 눈으로 보기 때문에 입체시가 가능한 범위다.
육식 동물과 초식 동물은 시야가 다르다. 육식 동물은 일반적으로 눈이 얼굴의 앞에 붙어 있어 시야는 좁으나, 먹이와의 거리를 잘 알 수 있으므로 겨냥을 하는데 도움이 된다. 반면 초식 동물은 눈이 얼굴 양쪽에 붙어 있어서, 뒤쪽 일부를 제외하고는 전 둘레가 다 보일 만큼 시야가 넓어 적을 재빨리 발견할 수 있다.

착각(착시)은 당연한 것

실제와는 다르게 느끼는 것을 착각이라고 한다. 착각 중 시각에서 일어나는 것을 착시라고 하며, 선이나 모양이 달리 보이는가 하면 원근감이 생기기도 한다. 주위에 있는 선의 굵기 및 간격에 의해서도 달라진다.
입체투시도형에서는 그림의 어디를 주목하는가 또는 과거의 경험 및 추리에 따라 그림에 대한 인식이 달라진다. 즉 단순히 시각만의 문제가 아니라 인식의 과정 또한 중요하게 작용하는 것이다. 착시는 그릇된 감각이 아니라 당연히 그렇게 느끼도록 구성되어 있는 경우가 많다.