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[바이오토픽] 눈의 비밀: 대부분의 원뿔세포는 실제로 색깔을 인식하지 않아
생명과학 양병찬 (2016-10-26)
색깔인식 기능은 놀랍게도 소수의 원뿔세포에 국한된다.


© pixabay.com

우리가 색깔을 볼 수 있는 것은, 우리의 눈 안에 원뿔세포(cone cell)라는 전문 광감지세포(light-sensing cell)가 존재하기 때문이다. 그중 하나인 L 원뿔세포(L-cone)는 딸기나 불자동차의 빨간색을, M 원뿔세포(M-cone)는 나뭇잎의 녹색을, S 원뿔세포(S-cone)는 하늘의 파란색을 인식하는 것으로 알려져 있다.

그러나 시과학자(vision scientist)로 구성된 연구진은 이제 "모든 원뿔세포가 색깔을 인식하는 것은 아니다"라는 사실을 발견했다.

이번 발견이 가능했던 것은, 연구진이 사상 최초로 개별 광감지세포를 들여다볼 수 있었기 때문이다. 그들은 천문학자들이 먼 은하(distant galaxy)를 관찰하는 광학원리와 안구추적장치를 이용하여 이 일을 해냈다.

적응광학(adaptive optics)은 눈의 수정체에서 무수히 일어나는 자잘한 불규칙들을 보상함으로써, 한 줄기 빛으로 단일 원뿔세포를 겨냥할 수 있게 해줬다. 그리고 안구추적장치는 안구의 빠르고 불규칙한 운동을 추적하고 그 경로를 예측함으로써, 빛이 정확한 표적을 때릴 수 있도록 도와줬다.

연구진은 (연구진에서 모집한) 두 명의 지원자들을 대상으로, 이상과 같은 기술을 이용하여 총 273개의 원뿔세포들을 정확히 겨냥하여 반복적으로 자극하는 데 성공했다. 그 결과, 대부분의 원뿔세포들은 색깔에 관한 정보를 전혀 전송하지 않는 것으로 밝혀졌다. 그 대신 2/3의 원뿔세포들은 단지 하얀색 신호를 뇌에 보내는 것으로 밝혀졌다. 그들은 이상의 연구결과를 정리하여 9월 14일자 《Science Advances》에 기고했다(참고 1).

과거에 연구자들은 "눈은 '인접한 원뿔세포들이 감지한 것'과 비교함으로써 색깔을 감지한다"고 생각했었다. '한 종류의 원뿔세포가 감지한 것'과 '인접한 다른 종류의 원뿔세포가 감지한 것'의 차이가 '빨간색‘, '녹색', '파란색' 신호로 귀결된다는 것이다. 따라서 인접한 원뿔세포들이 모두 같은 종류라면, 대비가 불가능하여 '하얀색' 신호로 이어질 것이다.

그러나 연구진은 이번 연구에서, "하얀색 신호를 보내는 원뿔세포가 실제로 존재하며, 다른 원뿔세포에 둘러싸여 있다"고 보고했다. 돌이켜 생각해 보면, '2/3씩이나 되는 원뿔세포들이 하얀색을 감지하는 데 할애된다'는 것은 말이 된다. 왜냐하면 그걸 경우 뇌가 모서리, 선(線), 기타 (시야를 명확하게 해주는) 중요한 디테일을 분간하는 데 도움이 되기 때문이다. 이와 대조적으로, 뇌가 (예컨대) 빨간 불빛이나 익은 딸기를 알아보는 데는 희미한 색깔감각만으로도 충분하다.

이번 연구결과는 색맹 등의 치료법을 개발하는 데 도움이 될 것으로 보인다.

【참고 동영상】 대부분의 원뿔세포는 색깔을 인식하지 않는다

우리는 원뿔세포(cone cell)가 색깔을 인식한다고 생각해 왔다. 그러나 원뿔세포는 그 이상의 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.

원뿔세포는 눈에서 빛을 감지하는 세포인데, 빛이 원뿔세포를 때렸을 때 뇌에 신호를 보낸다. "신호에는 디테일(흑백)과 컬러라는 두 가지 유형이 있는데, S 원뿔세포는 파란색, M 원뿔세포는 녹색, L 원뿔세포는 빨간색을 인식한다"는 것이 지금까지의 정설이었다. 그러나 원뿔세포가 하는 일은 그게 전부가 아니다. 과학자들은 사상최초로 '작동하는 원뿔세포'를 분석했다. 이건 보통 어려운 일이 아니다. 왜냐하면 눈은 계속 움직이기 때문이다.

그들은 천문학자들이 (망원경으로 별을 추적할 때) 사용하는 기술과 똑같은 기술을 사용하여, 눈 안에서 개별세포를 추적했다. 다시 말해서, 그들은 하나의 원뿔세포에 한 줄기 빛을 비춘 것이다.

그 결과 대부분의 원뿔세포들은 색깔을 전혀 인식하지 않는 것으로 나타났다. 즉, 2/3의 원뿔세포들은 '백색 또는 무색' 신호를 보내고, 1/3의 원뿔세포만이 컬러신호를 뇌에 보내는 것으로 밝혀진 것이다.

똑같은 세포를 아무리 반복해서 들여다봐도 마찬가지였다. 원뿔세포들은 늘 똑같은 신호(즉 디테일 또는 컬러)를 보내는 데 사용되는 것으로 밝혀졌다.

이번 연구에 사용된 기술은 실명치료의 효과를 추적하는 데 사용될 수 있을 것으로 보인다. 즉, 의사들로 하여금 특정 원뿔세포가 작동하는지 확인할 수 있게 한다는 것이다. 또한 과학자들에게 원뿔세포의 작동과정을 보여주는 선명한 그림을 제공할 수 있을 것으로 보인다.

※ 참고문헌:
1. Ramkumar Sabesan, Brian P. Schmidt, William S. Tuten, Austin Roorda, "The elementary representation of spatial and color vision in the human retina", Science Advances14 Sep 2016, http://advances.sciencemag.org/content/2/9/e1600797

※ 출처: Science http://www.sciencemag.org/news/2016/09/video-most-your-eye-s-color-sensors-don-t-actually-see-color

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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