Macular Pigment Selected Polarized Light and Drew a Butterfly Inside the Eye
Artifact
인간은 보통 빛의 밝기와 색은 보지만 편광 방향은 직접 보지 못한다고 배운다. 그러나 균일한 직선 편광을 바라보면 시야 중심에 희미한 노란 모래시계, 나비, 또는 붓자국 같은 무늬가 나타날 수 있다. 1844년 빌헬름 폰 하이딩거가 기록한 이 내시 현상은 오늘날 하이딩거 브러시라고 불린다.
2020년 연구가 설명하듯 무늬는 바깥 장면에 그려져 있지 않다. 황반의 잔토필 색소는 청색·보라색 계열 빛을 흡수하며, 중심와를 둘러싼 헨레 섬유층에서 방사형 구조를 이룬다. 이 배열은 모든 방향의 빛을 똑같이 통과시키지 않는다. 입사광의 편광축과 색소 배열이 이루는 각도에 따라 광수용체에 도달하는 청색광의 양이 조금씩 달라진다.
차이는 작지만 방사형 배열 전체에 걸쳐 두 축의 흡수 차이로 정렬되면서 노란색과 푸른색의 흐릿한 맞물림이 생긴다. 2015년 실험은 훈련된 관찰자들이 편광도 약 56%의 자극에서도 이 편광 대비를 구별할 수 있음을 보였다. 맨눈에 새 감각기관이 하나 더 붙은 것이 아니라, 원래 청색광을 거르는 황반 구조가 편광 분석기의 역할까지 드러낸 셈이다.
정지한 무늬는 몇 초 안에 흐려진다. 망막에 고정된 변화 없는 영상이 신경 적응으로 사라지기 때문이다. 그래서 편광판을 돌리거나 LCD의 흰 화면을 보며 머리를 기울이면 무늬가 다시 나타난다. 바깥 빛의 편광축은 회전하고, 눈 안의 방사형 필터는 고정되어 있으므로 두 구조가 만드는 차이 패턴만 계속 갱신된다.
Observation
Hero는 실제 망막 사진도, 카메라가 촬영한 편광 무늬도 아니다. 푸른 하늘 위에 하이딩거 브러시의 예상 지각을 합성한 시각화이며, 보이기 쉽도록 크기와 채도를 크게 과장했다. 실제 무늬는 시야 중심 약 몇 도 안에서 훨씬 희미하게 나타나고 사람마다 색·경계·가시성이 다르다.
무늬가 시선을 따라 이동하지 않고 늘 주시점 중심에 붙는다는 점은 발생 장소를 드러낸다. 편광은 외부 빛의 성질이지만 나비 모양은 황반 색소의 방사형 배치와 신경 적응이 더해져야 생긴다. 카메라로 같은 하늘을 찍어도 이 무늬가 그대로 기록되지 않는 이유다.
Multiple Lenses
1. 눈이 측정기구가 된다
별도 센서 없이도 편광판을 돌려 무늬의 축을 읽으면 빛의 편광 방향을 추정할 수 있다. 관찰자의 황반이 광학 분석기의 일부가 된다.
2. 보호 필터가 감각 채널이 된다
황반 색소의 주된 역할은 고에너지 청색광을 흡수하고 산란을 줄이는 것이다. 같은 흡수 구조의 방향성이 평소에는 숨겨진 편광 차이를 지각 가능한 패턴으로 바꾼다.
3. 고정된 것은 사라지고 변화만 남는다
무늬를 만드는 광학적 차이는 계속 존재하지만 신경계는 변하지 않는 망막 영상을 지운다. 편광축을 회전시키는 행위는 신호를 더 강하게 만드는 대신 사라지지 않도록 계속 새롭게 만든다.
4. 사적인 영상이 공용 측정값이 된다
각자가 보는 색과 선명도는 다르지만 무늬의 회전 방향과 편광축의 관계는 반복해서 비교할 수 있다. 개인의 내시 현상이 실험 가능한 관측 절차로 바뀐다.
Related Works
맥스웰 점
파란빛과 노란빛에 대한 적응 조건을 바꾸면 시야 중심에 어두운 원반처럼 보이는 맥스웰 점이 나타난다. 두 현상 모두 황반 색소의 공간 분포를 눈 안에서 보게 하지만, 맥스웰 점은 주로 파장별 흡수 차이를, 하이딩거 브러시는 편광 방향별 흡수 차이를 드러낸다.
벌의 편광 나침반
벌과 여러 절지동물은 하늘의 편광 무늬를 항법 신호로 사용한다. 인간의 하이딩거 브러시는 약하고 훈련이 필요하며 시야 중심에 국한된다. 같은 편광 정보가 한 생물에게는 일상적인 방향 감각이고 다른 생물에게는 간신히 보이는 내시 무늬가 된다.
Twist
나비는 하늘에도 화면에도 없다. 그렇다고 단순한 환각도 아니다. 외부 빛의 편광 방향이 바뀌면 무늬가 예측 가능한 방식으로 회전하고, 황반 색소의 밀도와 배열이 달라지면 지각도 달라진다. 바깥의 물리량과 눈 안의 구조가 서로를 읽을 때만 생기는 관계적 영상이다.
또한 눈은 세계를 투명하게 전달하는 창이 아니다. 청색광을 거르고, 방향에 따라 조금 다르게 흡수하고, 고정된 차이는 다시 지운다. 하이딩거 브러시는 평소 보이지 않도록 보정되던 시각계 자체를 잠깐 화면 위로 올린다.
Core Question
카메라에는 없는 나비 무늬가 편광축을 돌릴 때마다 눈 안에서 함께 돈다면, 우리가 본 방향은 빛에 있었을까 망막에 있었을까 둘이 만나는 방식에 있었을까?
Related Questions
- Q-0208 — 무늬가 재료에 고정된 형상인지 빛과 시선이 만날 때 생기는 사건인지 비교한다.
- Q-0211 — 관측된 형상이 외부 사건과 관측계의 번짐·구조 사이에서 어떻게 구성되는지 연결한다.
Sources
- Gary P. Misson, Shelby E. Temple, Stephen J. Anderson, “Polarization Perception in Humans: On the Origin of and Relationship Between Maxwell’s Spot and Haidinger’s Brushes”, Scientific Reports 10, 108 (2020).
- Shelby E. Temple et al., “Perceiving Polarization with the Naked Eye: Characterization of Human Polarization Sensitivity”, Proceedings of the Royal Society B 282 (2015).
- R. P. Hemenger, “Dichroism of the Macular Pigment and Haidinger’s Brushes”, Journal of the Optical Society of America 72, 734–737 (1982).
- Pieter Kuiper and Daniel P. B. Smith, “Haidingers polarisationsknippe”, 2012, CC BY-SA 3.0.