» 다른 색깔 찾기 게임(의 화면. 같은 색의 정사각형들 중에서 유일하게 다른 색을 띠는 정사각형을 맞추면 다음 단계로 넘어간다. 단계가 진행될수록 정사각형의 개수는 늘어나고 두 색의 차이 역시 줄어들어 맞추기 어려워진다.

한 달 전쯤에 에스엔에스(SNS)에서 이른바 “틀린 타일 찾기”이라는 이름의 게임이 유행한 적이 있다. 여러 정사각형 조각 중에서 유일하게 다른 색을 띠는 한 개의 정사각형을 골라내면 곧바로 다음 단계로 넘어가는, 아주 단순한 규칙의 게임이다. 물론 이것만으론 재미가 없으니 제한시간 1분이 주어지고 한 단계를 넘길 때마다 점수가 올라가며 사람들의 도전 정신을 자극한다. 아니나 다를까, 한 동안 SNS를 켜놓고 있으면 아무개가 드디어 30단계를 깼다거나 40단계를 넘어섰다는 메시지가 올라오곤 했다. 본래 색깔을 잘 구분하지 못해서 어렵다는 푸념도 종종 들려왔다.

푸념을 들으면서 궁금해졌다. 정말 색채를 분별하는 능력을 타고난 사람이 더 게임을 잘 할까?

웹사이트에 들어가 게임을 시작해 보았다. 처음 10단계까진 수월하더니 이내 화면이 비슷비슷한 색의 조그만 사각형들로 가득 찼다. 그 색이 그 색 같아서 노려보고 있자니 눈이 아려왔다. 맥북의 엘시디(LCD) 화면을 앞으로 기울이는 순간 사각형 하나가 반짝 하며 눈에 들어왔다. 저거구나! 맞추니 바로 다음 단계로 넘어갔다. 몸을 이리저리 돌리거나 화면을 기울일 때마다, 가만히 있을 때엔 다 같아 보이던 사각형들 중 유일하게 다른 하나가 언뜻언뜻 눈에 띄었다.

눈에 보이는 조건부터 일정하게: 칼리브레이션

그렇다면, 게임하는 이의 색채 분별력이 게임의 결과를 좌우하는 문제가 아니었다. 오히려 게임이 실행되는 화면의 휘도(Luminance: 일정 면적을 통과하여 일정한 입체각으로 들어오는 빛의 양)가 문제일 것이었다. LCD는 자체적으로 빛을 내지 못하는 디스플레이다. 뒷면에 빛을 내는 광원을 배치하고서, 전압에 따라 빛의 투과율이 달라지는 두 장의 편광판을 끼워 눈에 들어오는 색채를 조절한다. 이때 편광판을 통과하는 빛이 늘 고르지 못할 뿐더러 빗면으로 새어 나가기 때문에, LCD의 경우에 같은 화면 안에서도 군데군데 휘도가 달라지게 된다.

같은 색이라 해도, 가령 색상을 디지털로 구현하는 방식인 RGB나 CMYK 값을 동일하게 지닌 색이라 해도, 화면의 휘도가 달라지면 차이가 날 수밖에 없다. 색은 결국 빛의 파장이기 때문이다. 즉 어떤 재질의 화면을 어떤 각도에서 보며 게임을 하느냐에 따라 사각형이 더 빨리 눈에 들어올 수도 있고, 아닐 수도 있다.

게다가 실제 게임을 해보면 찾아야 하는 사각형은 다른 ‘색상‘이 아닌, 다른 ‘밝기’를 지닌 것임을 알 수 있었다. 색의 3대 구성 요소가 색상, 명도, 채도임을 감안한다면 이 게임에서 구별하게 되는 ’색의 차이‘란 명도의 차이가 될 것이다. 색, 더 구체적으로 말하면 색의 밝기를 분별하는 능력이 정말로, 그리고 얼마나 게임과 관련이 있는지 알고 싶다면? 한 가지 가능한 방법은 실험을 해보는 것이다. 단 실험을 하기 전, 결과에 영향을 미치는 시각적 조건부터 일정하게 맞출 필요가 있다.

» 휘도계. 삼각대에 얹어놓고 모니터를 향해 총을 쏘듯 버튼을 누르면 광량이 디지털 숫자로 표시된다. 사진/ http://www.daeilbio.co.kr 시각적 조건을 “제대로” 맞추어 실험을 하기 위해선 생각보다 많은 준비가 필요하다. 실험에 참여하는 사람들이 정확히 같은 양의 빛, 다시 말해 정확히 같은 색을 볼 수 있도록, 실험실 내벽은 전부 무광의 검정 페인트로 칠한다. 불을 껐을 때 완전한 암실을 만들기 위해서다. 모니터는 음극선관(CRT) 방식을 사용한다. 앞에서 설명했던 LCD와는 달리 CRT는 자체적으로 빛을 내는 디스플레이다. 내부의 전자총에서 발사된 빛이 세 종류의 색에 대응하는 발광물질에 직접 닿기 때문에, 빛이 휘어지거나 새어나가는 일이 없어 훨씬 정확하게 의도한 색을 재현할 수 있다. 물론 이게 끝은 아니다. 일정한 거리에서 휘도계를 사용하여 광량이 일정한지 측정하고, 색채 실험의 경우 나노미터 단위의 파장을 측정할 수 있는 칼리브레이터(calibrator)를 사용하여 더 정밀하게 교정할 수 있다.

이런 과정을 ‘반드시’ 거쳐야 비로소 실험을 할 준비가 된 것이다.

실험 같은 게임, 게임 같은 실험: 시각탐색

그렇다면 이런 실험은 정확히 어떻게 진행되는 걸까? 사실, 이 글을 읽는 여러분들 중에서 “틀린 타일 찾기” 게임을 해본 이들은 이미 실험을 직접 체험한 것이나 다름없다. 게임에서 무엇을 하는가? 여러 사각형 중에서 다른 하나의 사각형을 될수록 빠르게 찾아내는 것이다. 이처럼 여러 개의 비슷한 사각형, 삼각형, 막대 등을 화면에 보여주고 그중에서 색이나 기울기, 형태가 다른 하나를 될수록 빠르게 찾아내야 하는 실험 패러다임을 시각탐색(visual search)이라 부른다. 이때 같은 색의 사각형들은 방해물(distractor)이 되고, 찾아야 하는 다른 색의 사각형 하나는 목표물(target)이 된다.

그렇다면 이런 실험 패러다임을 사용해서 무엇을 알아낼 수 있을까? 무성한 나뭇잎을 헤치며 먹이를 찾는 원숭이를 상상해 보자. 녹색으로 덜 익은 열매들 사이에서 빨간 사과 한 알을 찾아내는 건 식은 죽 먹기일 것이다. 마찬가지로, 여러 녹색 사각형들 중 오직 하나만이 빨간색이라면, 아무리 녹색 사각형이 많아도 빨간색 사각형을 찾는 데 걸리는 시간은 거의 차이가 없을 것이다. 즉 목표물이 방해물에 비해 두드러지는 특질이 오직 하나뿐일 때, 방해물의 수에 상관없이 탐색에 걸리는 시간이 거의 비슷하게 유지되는 효과를 ‘팝-아웃 효과(pop-out effect)’라 일컫는다.

그러나 덜 익은 열매들 사이에서 초록 사과를 찾아내라고 하면 과연 빨간 사과를 찾을 때처럼 빨리 찾아낼 수 있을까? 초록 사과와 덜 익은 열매는 둘 모두 둥근 모양을 띠기 때문에 얼핏 보아선 한 눈에 잘 들어오지 않는다. 가령 녹색 사각형 중에 녹색 혹은 빨간색 삼각형이 섞여 있다면, 빨간 사각형 하나를 찾아내는 데 걸리는 시간은 방해물의 수가 늘어남에 따라 점차 길어질 것이다. 이때 팝-아웃 효과는 사라진다.

이처럼 시각탐색을 할 때 서로 다른 두 가지 현상이 일어나는 원리를 설명하기 위해, 인지심리학계의 대모인 앤 트레이스만(참고로 그의 남편은 2002년 노벨경제학상을 수상한 대니얼 카네만인데, 아내인 앤 트레이스만이 너무나도 걸출했던 탓에 좌절해서 행동경제학으로 돌아섰다는 농담도 있을 정도다)은 1980년에 공동연구자 겔라드와 함께 주의에 관한 ‘세부특징 통합이론(Feature Integration Theory, FIT)’을 발표했다.

이 이론에 따르면, 사람이 여러 방해물 중에서 하나의 목표물을 인식하는 과정은 크게 두 단계로 나뉘어진다. 방해물과 구별되는 목표물의 특징이 오직 하나일 경우, 특별히 주의를 기울이지 않고도 바로 그 차이를 인식하고 탐색을 끝낼 수 있다. 이를 가리켜 특징탐색(feature search)이라 부른다. 한편 방해물과 목표물이 비슷한 특징을 하나 이상 공유할 경우, 탐색 단계는 그 다음 단계인 접합탐색(conjunction search)으로 넘어간다. 즉 방해물 하나하나에 주의의 초점을 맞추어 이게 목표물인지, 아니면 그저 방해물인지 확인하는 것이다. 그래서 특징탐색을 할 때보다 목표물을 발견하는 속도가 느려진다.

이는 시각심리학자들이 “틀린 타일 찾기” 게임에서 찾아볼 수 있는 디자인을 사용하여 사람이 어떻게 주변의 사물을 인식하는지 여부에 대한 실마리를 찾아내어 이론으로 설명하려 한 하나의 사례이다. 실제 게임 상황을 예로 들어본다면, 처음엔 두 색 간의 차이가 크기 때문에 큰 주의를 기울이지 않고도 목표한 사각형을 쉽게 맞출 수 있지만, 점차 방해물 사각형과 목표물 사각형의 색이 비슷해지면 하나하나 들여다보며 차이가 있는지 없는지 확인할 수밖에 없을 것이다.

연습하면 는다: 지각학습

이리저리 모니터를 기울여 가며 게임을 거듭하다 보니, 어느 순간 굳이 모니터를 기울이지 않고도 더 수월하게 사각형을 찾아낼 수 있다는 걸 깨닫게 되었다. 처음엔 분명하게 드러나 보이지 않던 미세한 색의 차이가 화면이 바뀌는 순간 반짝 눈에 띄곤 했다. 이처럼 반복적인 훈련으로 지각되는 대상을 더 잘 감지할 수 있게 되는 현상을 가리켜 지각학습(perceptual learning)이라 부른다.

1993년 카르니와 사지는 여러 줄의 수평선 사이에서 기울어진 선 하나를 찾아낼 때, 첫번째 실험에서는 찾는 데 걸리는 시간이 약 200밀리초(ms)였으나 마지막 실험에서는 찾는 데 걸리는 시간이 50밀리초 정도로 감소하는 것을 발견했다. 팔과 에델만의 1993년 연구에 따르면 반복적인 훈련이 일어나면 뇌의 시각 영역, 특히 후두엽의 초기시각영역인 V1과 V2 영역의 세포들이 (목표로 삼는) 작은 차이를 분간하는 데 훨씬 예민해진다고 한다. 특정한 목적에 따라 관련된 세포들이 한번에 더 많이 반응하고, 그에 따라 더 빠르게 차이를 감지할 수 있게 되는 것이다.

이에 따르면 게임을 처음 해보는 사람과, 어떻게든 50단계까지 가겠다고 마음먹고 열흘 간 틈날 때마다 게임에 도전한 사람 간엔 눈에 띄는 차이가 나타날 수밖에 없다. 갓 게임을 시작한 사람이 몇 개 안 되는 사각형을 하나하나 노려보고 있는 사이 열흘 간의 훈련(?)을 거친 사람은 한 눈에 다른 색의 사각형을 찾아내 클릭할 것이다. 그러나 이때의 점수 차이는 게임을 반복함에 따라 미세하게 밝고 어두운 차이에 눈이 더 민감해진 탓이 클 테니, 색을 분별하는 능력이 애초부터 더 좋았기 때문이라고 설명하긴 어려워진다.

다시 처음의 문제로 돌아가 보자. “틀린 타일 찾기” 게임을 잘하는 사람은 색을 분별하는 능력이 다른 사람들보다 뛰어나기 때문일까? 대답한다면, “지금으로서는 알 수 없다”. 뭐야, 위에서 이것저것 길게 얘기해 놓고 알 수 없다니. 하지만 당장 실망하진 말자. 몇 가지 조건을 갖추면 답해볼 수 있을 질문이니까. 먼저 누가 봐도 일정한 색이어야 하니, 암실에 칼리브레이션을 마친 CRT 모니터를 설치하고 보는 사람과 화면 간의 거리도 일정하게 맞춘다. 다음으로는 연습을 더 많이 한 사람이 게임도 더 잘 할 테니까, 게임을 한 횟수가 같은 사람들끼리만 모아서 한 번이면 한 번, 열 번이면 열 번 모두 정확히 같은 횟수의 게임을 하게 한다. 마지막으로 색상과 명도와 채도는 다 다른 조건이니까, 본래의 게임이 그랬듯 오직 밝기의 정도만을 조절한다. 자, 과연 어떤 결과가 나올까?

시각심리실험이 알려주는 것들

한 가지는 확실하게 말할 수 있다. 혼자 노트북을 켜놓고 게임을 하며 결론을 내리는 것보다는, 남들의 말을 그냥 듣는 것보다는, 훨씬 믿을 만한 대답을 얻을 수 있을 것이다. “그래, 원래 색을 잘 구분하는 사람이 게임도 잘 해.” 혹은, “아냐, 게임을 잘하는 건 색을 잘 구분하는 것과 관련이 없어.” 그리고 그 누가 보기에도 그렇게 찾아낸 대답이 훨씬 더 믿을 만할 것이다.

실험은 결국 더 정확하고 신뢰로운 답을 찾아내기 위한 과정이다. 답을 내는 과정도 역시 정확하고 신뢰할 수 있어야 한다. 이 때문에 실험심리학자들은 다양한 패러다임을 고안하고 실행하며, 실행을 거쳐 얻어낸 답이 정말로 무슨 의미인지 설명하기 위해 이론을 만들어낸다. 그러다 보면 “틀린 타일 찾기” 게임을 할 때처럼 가끔은, 일상 속에서 문득문득 발견되는 질문 앞에 제법 괜찮은 대답을 내놓을 수도 있는 것이다.◑

[참고 문헌]

· 다른 색깔의 타일 찾기 게임: (1)최초의 버젼 http://game.ioxapp.com/color/ (2)새롭게 개발된 버젼  http://colortile.github.io/. 첫 번째 버젼에서는 찾아야 하는 사각형이 주변보다 늘 밝은데, 두 번째 버젼에서는 밝거나 어둡다.

· 휘도에 관한 위키피디아의 설명: http://en.wikipedia.org/wiki/Luminance

· Fahle, M., & Edelman, S. (1993). Long-term learning in vernier acuity: effects of stimulus orientation, range and of feedback. Vision research 33(3), 397-412.

· Karni, A, & Sagi, D. (1993). The time course of learning a visual skill. Nature 365(6443):250--252

· Treisman, A. M., & Gelade, G. (1980). A feature-integration theory of attention. Cognitive psychology 12(1), 97-136.

김서경 미국 일리노이대학 인지신경과학 박사과정   

@한겨레 과학웹진 사이언스온