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박문호/ 뇌과학 강의/ 시각의 이해

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시신경(optic nerve)
망막에서 받아들인 시각정보를 뇌에 절달하는 역할을 하며 120만개의 신경섬유로 이루어진 2번 뇌신경
시각 세포는 빛 자극에서 흥분된 전압 충격파(pulse)를 보낸다.

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광섬유(fiber optic)
빛 에너지의 전달이 가능한 투명한 섬유 다발
시교차상핵(suprachiasmatic nucleus)
시교차 윗부분에 위치. 신경과 호르몬의 활동을 조절하여 인간 24주기의 다양한 기능 조절
안와전두피질 OFC(orbitofrontal cortex)
전두엽의 밑부분. 즉 눈 뒤에 위치한 부위
눈의 단속성 운동(saccadic movement)
주시점이 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 때 안구의 단속적, 이상적인 빠른 운동
동공의 움직임에는 6개의 근육이 작용한다
상사근은 활차신경, 외직근은 외전신경과 연결되어 있다.
나머지 상직근, 하직근, 내직근, 하사근의 4개 근육은 동안신경과 연결되어 있다.
동공은 정지해 있다고 느끼는 순간에도 끊임없이 진동하고 있다.
측두회(temporal gyrus)
소리와 언어를 처리하는 뇌구조로 기억과 관련된 역할을 담당
해마방회(parahippocampal gyrus)
공간기억을 형성하는 역할
대상회(cingulate gyrus)
심박수, 혈압을 조절하는 자율신경기능과 인지적 과정, 주의집중과정에 관여
설상회(lingual gyrus)
후두엽 내측면의 선조 외 피질 영역의 일부. 공간 학습능력과 관련
방추상회(fusiform gyrus)
얼굴에 대한 정보 처리에 중요한 역할
앞관통질(anterior perforated substance)
내측 중심가지들이 앞관통질을 뚫고 들어가서 뇌활에 혈액을 공급
세로틈새(longitudinal fissure)
후두엽의 극에서 전두엽의 극까지 위치하는 열
직회(recturs gyrus, straight gyrus)
전두엽안와면에서 후구의 내방에 위치하고 내측면에서 중전두회와 연속되어 있는 회
후두극(occipital pole)
측면에서 대뇌반구를 보았을 때 후두엽 가운데 가장 후방으로 돌출한 점
외측열(lateral fissure)
전두엽과 두정엽으로부터 측두엽을 구분 짓는 커다란 고랑
FFA(fusiform face area)
얼굴 모양에만 선택적으로 반응하는 얼굴재인영역
PPA(parahippocampal place area)
장소와 시각적 장면에 우선적으로 반응하는 측두엽 영역
눈에도 괄약근이 있음
각막(cornea)
눈 가운데 부위에 있는 안구 표면의 투명한 막으로 외부로부터 눈을 보호
동공(pupil)
홍채의 중심에 위치한 원모양의 빈 공간
공막(sclear)
각막을 제외한 안구의 대부분을 싸고 있는 흰색의 질긴 섬유조직
홍채(iris)
동공 주위 조직으로 눈으로 들어오는 빛의 양을 조절하는 조리개 역할
모양체근(ciliary muscle)
안구의 수정체를 수축, 이완시켜 초점이 맺히게 하는 근육
맥락막(choroid)
망막과 공막 사이에 존재하는 층
수정체(lens)
눈 안에 있는 양면이 볼록한 렌즈 형태의 투명한 조직으로 빛이 통과할 때 빛을 모아주는 역할
수정체는 탄력이 좋기 때문에 가만히 두면 원형으로 돌아가는 성질이 있다.
수정체 주위의 인대에 의해 굴절이 생긴다.
기본적으로 각막은 42디옵터, 수정체는 12디옵터의 굴절률을 가지고 있다.
수정체의 굴절률은 30대에 절반 이하로 떨어지며 노화가 진행될 수록 0에 가까워지게 된다.
망막의 핵심은 중심와에 있는 원추세포에 있으며, 낮에 색깔을 식별하는 역할을 한다.

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근접반사가 일어나는 가장 일반적인 예는 책을 읽을 때
근접반사를 이해하면 의식적 & 무의식적 시각의 차이를 알 수 있다.
망막에서 나온 시신경 섬유다발은 비측의 경우에만 교차한다.
근거리를 볼 때 눈동자가 모아져서 초점이 짧아지는데, 이때 내직근의 움직임은 동안신경에 의해 이루어진다.
더 자세히 보기 위해서는 굴절률이 높아져야 하는데, 이때 눈을 움직이는 인대의 이완에는 부교감신경이 작용한다.
동공반사(pupillary reflex)
동공이 반사 작용에 의해 축소되거나 확대되는 현상
모양체신경절(ciliary ganglion)
부교감신경섬유와 동안신경이 함께 안와로 들어와 모양체신경절로 연결
원근조절(accommodation)
물체의 거리에 따라 눈에 있는 수정체 모양을 조절하여 물체의 초점이 망막에 맺히도록 하는 과정
전두안구영역(frontal eye field)
대뇌외측표면 브로드만 영역 8의 하부에 위치. 안구의 수의성 연동운동을 조절하는 작용
추적운동(pursuit movement)
느리게 움직이는 대상을 안구가 추적하는 동안 관찰되는 안구 운동
눈의 단속성 운동(saccadic movement)
주시점이 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 때 안구의 단속적, 이상적인 빠른 운동을 칭함.
시각은 정보를 일차적으로 받아들이는 V1 영역까지도 무의식적으로 일어난다.
선명한 상을 얻기 위해 수정체를 두껍게 해 굴절률을 높이고 홍채를 닫아 구면수차를 줄이는 과정도 무의식적인 움직임이다.
두 눈으로 한 점을 주시하는 폭주, 수정체 모양을 조절하는 원근조절, 홍채의 수축을 근접반사의 3요소라 한다.
LGN은 총 6개의 층으로 구성되어 있다
LGN을 구성하는 소세포의 핵심은 색깔(color), 대세포의 핵심은 움직임(motion)이다.
시각 정보를 일차적으로 받아들이는 부위인 V1 역시 6개의 층으로 되어 있다.
미토콘드리아 염색 실험 결과 V1 영역의 2, 3번 층에서 얼룩무늬가 발견되었다.
Blob은 곧 색깔의 발견이다.
IPS(intraparietal sulcus)
시, 공간적 작업기억을 담당, 시각적인 운동정보 처리
MIP(medial intraparietal)
물건을 파악하고 어떤 경로로 손을 뻗어야 되는지 계산하는 단계
VIP(ventral intraparietal)
얼마만큼 움직일 것인지 예측하는 단계
AIP(anterior intraparietal)
대상의 모양에 따라서 손의 모양이 바뀌는 단계
LIP(lateral intraparietal)
안구에 시고정된 표적 위치와 벗어난 표적의 위치간의 오류 등에 대한 정보를 제공
CIP(caudal intraparietal)
입체의 깊이를 인식하는 단계
시각의 본질
형태
움직임
색깔 – 영장류에 와서 발전
캄브리아기 이후 시각이 발달하면서 위장술이 발달
사기, 거짓말은 언어적 위장이다.

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V1(1차 시각영역)
후두엽 뒤쪽에 위치하여 시각 정보를 일차적으로 받아들이는 부위
V2(2차 시각영역)
물체의 기본적인 선과 경계, 모서리를 구분하는 구실
V3(3차 시각영역)
형태를 주로 담당
V4(4차 시각영역)
형태와 색채를 담당
V5(5차 시각영역) = MT(middle temporal)
물체의 움직임 인식에 관여
하측두피질(TEO 영역)
형태, 크기, 방향, 색채, 밝기 등이 다른 두 가지 단순한 이차원적 패턴 변별
대세포(magnocellular cell)
LGN의 아래 2층은 큰 세포체를 가지는 신경원들로 구성
소세포(parvocellular cell)
LGN의 위 4층은 작은 세포체를 가지는 신경원들로 구성
Blob
특정 색깔에 반응하며 대뇌의 1차 시각령에 존재
Interblob(방울사이)
Blob(방울)과 blob 사이를 의미. 색은 구별하지 않고 방향과 각도를 감지
Thick stripe
움직임을 분석하는 회로
Inter stripe
형태를 감지하는 회로
Thin stripe
색을 감지하는 회로
M-pathway
물체의 움직임과 전체적인 형태를 인식하는 경로
P-pathway
물체의 색을 인식하는 경로
P-IB pathway
물체의 세부적인 형태를 인식하는 경로
간상세포(rod cell)
척추동물의 눈에 존재하는 가늘고 긴 단세포의 광수용기
원추세포(cone cell)
안구당 약 6-7백만 개가 망막의 중심에 대부분 밀집. 빛의 파장에 따라 반응하여 색을 식별.
양극세포(bipolar cell)
망막을 구성하는 신경 세포의 한 종류. 시세포와 신경절세포 사이를 연결
망막 신경절 세포(retinal ganglion cell)
시각 정보를 전달하는 시신경을 구성
수평세포(horizontal cell)
망막을 가로질러 측면으로 신호를 전달하는 뉴런
무축삭세포(amacrine cell)
척추동물 망막의 내망상층에서 옆으로 신경연락을 맡고 있는 축삭이 없는 세포
시각의 핵심은 색깔, 형태, 움직임 그리고 깊이에 있다.
TE 영역에서 색깔, 형태를 담당하며 측두엽으로 흐른다.
움직임과 깊이는 두정엽으로 흐르며 손가락 운동과 연관되어 있다.
눈으로 보는 것은 손으로 더듬는 것과 같다.
영장류의 핵심은 손가락 운동과 시각이다. 즉 시각의 경로를 알면 영장류의 진화과정을 이해할 수 있다.
멜라닌(melanin)
동물의 조직에 있는 검은색이나 흑갈색의 색소. 양에 따라 피부나 머리카락, 망막의 색깔이 결정된다.
옵신(opsin)
간상세포에 있는 시각색소인 로돕신을 구성하는 막단백질
레티날(retinal)
비타민A(레티놀)의 활성 본체인 레티노인산의 대사중간체
망막 신경절 세포(retinal ganglion cell)
시각 정보를 전달하는 시신경을 구성
인지질 이중막(phospholipid bilayer)
수용액 내에서 인지질이 친수부분을 직접 수상에 접하고 소수 부분을 평행하게 배열한 2분자 두께의 구조
활동전위(action potential)
근육, 신경 등 흥분성 세포의 흥분에 의한 세포막의 일시적인 전위 변화
사람의 망막은 시각정보를 받아들이고 처리하는 5개의 뉴런층으로 구성되어 있다.
우리가 시각을 인지하는 것은 망막세포에서 신경절세포, 대뇌로 이어지는 일련의 과정이다.
시각의 최초 발생지는 원추세포, 간상세포의 디스크에 있는 레티날과 옵신에 있다.
어둠 속에서 레티날은 cis형으로 존재하지만, 빛이 닿으면 cis에서 trans로 변화한다.
시간이 지나면 ATP를 이용해서 다시 원래 형태로 되돌린다.
간상세포, 원추세포에서는 활동전위가 발생하지 않으며, 활동전위의 발생은 신경절 세포에서 일어난다.
시각의 흐름은 움직임을 인지하는 dorsal path(등쪽 시각경로)와 형태, 색깔을 파악하는 ventral path(배쪽 시각경로)으로 나뉜다.
시각 영역은 대뇌피질의 절반에 해당되며, 시각에 대한 연구는 곧 대뇌피질에 대한 연구와 같다.

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전정안구반사 VOR(vestibulo-ocular reflex)
머리 회전 시 머리 회전 속도와 동일하게 반대 방향으로 안구를 움직임으로써 선명한 시각을 얻게 하는 반응
외직근(lateral rectus muscle)
바깥쪽으로 눈알을 돌리는 작용
내직근(medial rectus muscle)
안쪽으로 눈알을 돌리는 작용
외전신경(abducens nerve)
안구를 바깥쪽으로 향하게 하는 6번 뇌신경
동안신경(oculomotor nerve)
안구의 운동이나 동공의 움직임을 지배하는 뇌신경으로 3번 뇌신경
전정신경(vestibular nerve)
평형감을 뇌에 전달하는 청신경의 일부
세반고리관(semicircular canal)
귀 안에 위치하는 감각기관으로 몸의 회전, 가속을 느끼는 기관
전정안구반사는 갑작스런 머리의 움직임을 보상하기 위해 일어나는 반사적인 안구 운동이다.
전정안구반사로 인해 고개를 움직일 때도 사물을 정확하게 보며 몸의 빠른 움직임에도 균형을 정확하게 잡을 수 있다.
시신경(optic nerve)
망막에서 받아들인 시각정보를 뇌에 전달하는 역할. 120만개 정도의 신경섬유로 이루어진 2번 뇌신경
시교차(optic chiasma)
두 눈의 망막에서 나와 대뇌 중추로 가는 시신경의 교차
이측망막(temporal retina)
중심와를 기준으로 외측 또는 귀 쪽의 망막
비측망막(nasal retina)
중심와를 기준으로 코 쪽의 망막
외측슬상체핵 LGN(lateral geniculate nucleus)
시상에서 감각 정보를 중개하는 신경핵
상구(superior colliculus)
중뇌의 상부에 있는 돌출부로 시각계의 일부. 눈 운동 조절에 중요한 역할
시운동반사(optokinetic reflex)
움직이는 물체의 망막영상을 고정하기 위해서 일으키는 안구운동
내측세로다발(medial longitudinal fasciculus)
상행성분과 하행성분이 함께 있는 복합섬유다발. 몸의 균형 유지 역할
안구운동(eye movement)
안구가 회전하여 시축의 방향이 움직이는 것. 좌우의 안구에 각각 6개의 안근이 붙어 있어서 그것이 수축하면 움직인다.
눈을 돌리는 것은 주의력을 작동시키는 것으로 집중(attention)은 눈을 어디로 움직일 것인가의 문제다
미각, 후각은 영역이 작기 때문에 언어를 만드는데 크게 영향을 주지 않는다.
시각은 뇌 영역의 절반가량을 차지하며 전기적 자극이 강력하기 때문에 언어를 만드는 기본 요소로 작용한다.
언어는 손동작에서 기원했다.
시각을 통해 손, 공간, 소리가 연결되면서 M1(일차운동피질)을 자극해 소리를 만들어 냄
중심구(central sulcus)
뇌에서 전두엽과 두정엽의 경계를 이루는 깊은 고랑
외측구(lateral sulcus)
측두엽과 두정엽 아래쪽의 피질이 나뉘는 고랑
브로카 영역(broca’s area)
인간의 좌반구 하측 전두엽의 일부로 1861년에 피에르 폴 브로카가 발견. 언어의 생성 및 제어와 관련
하두정엽 IPL(inferior parietal lobule)
두정엽 내의 영역으로 거울신경세포가 발견된 부위
두정엽내고랑 IPS(intraparietal sulcus)
시, 공간적 작업 기억을 담당하며 시각적인 운동정보를 처리하는 곳
일차체감각영역 S1(primary somatosensory area)
촉감과 기타 피부 및 근육의 정보를 일차적으로 처리하는 영역
일차운동피질(M1)
운동뉴런을 움직여 근육이 움직ㅇ리 수 있게 명령 신호를 보내는 두뇌 영역
일차청각피질(A1)
청각정보를 일차적으로 받아들이는 측두엽의 한 부위
후측두피질(posterior temporal cortex)
말의 청각적 표상과 의미 사이에서 정보를 교환하는 곳
궁상속(arcuate fasciculus)
브로카 영역과 베르니케 영역 사이를 이어주는 활 모양의 섬유다발
성도(vocal tract)
성대에서 입술 또는 콧구멍에 이르는 통로
각회(angular gyrus)
두정엽과 측두엽의 윗부분에 위치. 이 부분이 망가지면 언어의 문법 등을 이해하지 못하게 된다.
연상회(supramarginal gyrus)
정보를 받아 다른 운동감각영역이나 변연계로 보낸다.
IPS(하두정엽) 영역에서 손과 시각, IPL(두정엽내고랑) 영역에서 공간과 시각이 연결된다.
손과 시각이 결합해 운동출력으로 표출된 것이 손운동(hand movement)이다.
즉, 언어는 손동작에서 기원한다.
시각을 통해 손, 공간, 소리가 연결되면서 M1을 자극해 소리를 만들어 낸다.
뇌과학적 근본 바탕은 시각의 이해에서 비롯된다.
움직임의 진화
몸 전체 (어류) -> 협응적 사지 운동 (파충류) -> 개별적 사지말단운동(영장류)
인간을 구별하는 것은 손가락과 눈동자.
눈과 손동작이 상호작용을 통해 공진화(coevolution) 함
문장을 만들 수 있는 것은 인간 뿐이다.
동물들도 동작, 소리, 장면을 생성할 수 있지만 단발적, 반사적으로 일어난다.
다른 동물들은 단어만으로 커뮤니케이션할 뿐. 문장으로는 못 만듦.
덕분에 인간만 언어를 가지게 되었음.