김서경의 '인지과학 뉴스 브리핑'

 뇌의 비밀을 캐려는 인지·신경과학 연구가 활발하고, 그래서 뉴스도 잇따른다. 연구자인 김서경 님이 지구촌의 화제가 되는 인지신경과학 뉴스를 정리해 격주로 전한다.

» 미국 매체 '버즈피드'가 '이 옷 색깔은 뭘까요?'라는 물음과 함께 게시한 사진(가운데)을 두고서 '흰색 바탕에 금색 줄무늬'(흰금, 왼쪽)와 '검은색 바탕에 파란색 줄무뉘'(파검, 오른쪽)라는 서로 다른 답들이 쏟아지면서 색채인지에 대한 관심도 높아졌다. 가운데가 원래 사진이며 왼쪽과 오른쪽은 '흰금'과 '파검'이 두드러지도록 일부러 보정한 것이다.출처/ Wired

17세기 네덜란드 화가 베르메르의 작품을 다룬 영화 <진주 귀고리를 한 소녀(Girl with a Pearl Earring)>를 기억하시나요? 영화에서 화가 베르메르는 창 밖에 떠 가는 구름을 가리키며 하녀 그리트에게 묻습니다. “무슨 색이지?” 그리트는 잠시 생각하다 노란색과 옅은 푸른색, 그리고 회색이라 대답합니다. 흔히 보는 구름은 흰색이기 마련인데, 그리트는 왜 그런 대답을 했을까요? 그 이유는 이제부터 설명하려는 ‘드레스 색깔 논란’과 밀접한 관계가 있습니다.

‘이 드레스 색이 뭘까요’ 뜨거운 논란

» '드레스 색깔' 물음을 던진 버즈피드의 화면. 출처/ BuzzFeed.com 지난 2월 말, 한 장의 드레스 그림이 인터넷과 에스엔에스(SNS)를 뜨겁게 달구었습니다. 문제는 색깔이었습니다. 흰색 바탕에 금색 줄무늬 드레스, 즉 “흰금”이라는 주장과, 파란 바탕에 검정 줄무늬 드레스, 즉 “파검”이라는 주장이 격돌했습니다. 처음 이 사진과 함께 ‘대체 이 드레스 색깔은 뭘까요?’라는 물음을 던진 <버즈피드(BuzzFeed)>의 설문 코너에 응답한 사람의 숫자는 무려 몇백만 명이 넘었으며, 테일러 스위프트며 줄리앤 무어 같은 연예인들도 논쟁에 합세하기도 했습니다.

“흰금”으로 보는 이들은 도대체 어떻게 드레스가 “파검”으로 보일 수 있는지 도무지 영문을 몰랐으며, 그 반대도 마찬가지였습니다. (참고로, 저의 경우엔 지금까지도 한결같이 “흰금”으로 보입니다.)

분명 “흰금”인 드레스가 왜 “파검”으로 보인다고 하는가? 또는 당연히 “파검”인 드레스가 왜 “흰금”으로 보이는가? 가십을 다루는 주간지부터 과학 전문 뉴스를 다루는 주요 미디어까지 이 기묘한 현상을 설명하려는 시도가 뒤따랐습니다. 먼저 <쿼츠(Quartz)>에 실린 “슬라이더를 사용해서 눈앞에서 바뀌는 드레스 색을 확인하세요”라는 글에서는 드레스 사진 아래쪽의 슬라이더를 좌우로 움직여 가며 색채의 변화를 볼 수 있습니다. 컴퓨터 모니터에서 볼 수 있는 색상은 가산혼합의 결과이기에, 드레스의 색상은 빛의 밝기와 긴밀하게 연결된다는 것이 기사의 요지였습니다.

<뉴욕타임즈(New York Times)>의 “드레스는 흰금인가요 혹은 파검인가요”라는 기사에서는 드레스 사진의 ‘흰색(파랑)’과 ‘금색(검정)’ 부분을 각기 떼어내어 확대한 뒤 보여주었습니다. 따로 떨어지자, ‘흰색(파랑)’ 부분은 어두운 푸른색(steel blue, #4682b4)이며 ‘금색(검정)’ 부분은 탁한 겨자색(goldenrod, #DAA520)에 가까운 색이라는 게 드러났습니다.

이 색이 그림자 때문이라고 인식할 경우 원래의 드레스가 “흰금”으로, 엷은 오렌지색 불빛이 비쳐서 나타난 색이라고 인식할 경우 “파검”으로 보인다는 것입니다. 한편 실제 드레스의 색상 옵션은 파랑-검정, 흰색-검정, 분홍-검정, 빨강-검정 이 넷뿐으로 흰색-금색은 없었습니다. 따라서 ‘정답’은 파랑-검정이 되어야 하겠지만…, 그게 전부일까요? <뉴욕타임즈>의 설명만으로는 왜 사람마다 드레스의 색을 다르게 인식하는지 충분히 이해하기 어렵습니다.

“흰금” 대 “파검”의 비밀, 색채항등성

드레스가 정말 파랑-검정이라면, 왜 사람마다 드레스 색상을 다르게 해석하는 걸까요? <와이어드(Wired)>는 기사 “드레스 색깔에 동의할 수 없는 이유의 과학”에서 그 이유를 다음과 같이 설명합니다. 눈으로 들어온 빛은 다양한 파장으로 이루어져 있으며, 파장이 건드린 수용기는 제각기 다른 신경망을 자극하여 뇌에 도달합니다. 일단 신경망 정보가 뇌에 도달하면 “우리 눈이 보고 있는 사물에서 튕겨나온 빛의 총량을 측정한 후 사물의 ‘실제’ 색에 가능한 한 가깝게 보이도록 더해진 빛을 뺀다”는 것입니다. “우리의 시각 시스템은 주변 밝기에 관련된 정보를 추려낸 후 실제 사물이 반사하는 색채 정보만을 뽑아낸다”고 워싱턴대학의 신경과학자인 제이 네이츠는 말하고 있습니다 (그는 “흰금” 파입니다).

한편 색채 및 시각 전문가인 웰슬리대학의 신경과학자 베일 콘웨이는, 인간의 시각 시스템은 햇빛 속에서 사물을 보도록 진화했기 때문에 하루종일 변화하는 가시광선 파장의 세기에 따라 색상을 달리 느끼기 쉽다고 합니다. 새벽엔 세상이 엷은 붉은색으로 물들었다가 낮이 되면서 푸른 백색이 강해지고, 다시 저물 무렵엔 석양처럼 붉게 변하는 식이죠. “어떤 사물을 볼 때, 시각 시스템은 익숙한 햇빛의 변화에 근거해 눈에 ‘보이는’ 색을 보정하게 됩니다”라고 그는 말합니다. “시스템에서 푸른색 파장을 보정하게 되면 “흰금”을, 노란색 파장을 보정하게 되면 “파검”을 보게 되는 겁니다.” (콘웨이 자신은 “파금”에 가깝게 본다고 합니다.) 이처럼 우리 뇌에서 일어나는 ‘자연 보정’ 현상을 일컬어 색채항등성(color constancy)이라 합니다.

» ‘체커보드 착시’. 출처/ 에드워드 아델슨, Wikimedia Commons

<아이오나인(io9)>은 “과학으로 설명하는 ‘대체 이 드레스 색깔이 뭐야?’ 논쟁” 기사에서 역시 <와이어드>의 글을 인용합니다. 네이츠와 콘웨이의 설명에 더하여 에드워드 아델슨 교수의 유명한 ‘체커보드 착시’를 예로 듭니다. 위 그림에 등장하는 A와 B를 따로 떼어내어 비교하면 실제로는 같은 색이지만, 원통 아래 회색빛 속의 B는 우리 눈에 ‘흰색’으로 보이죠. 이 그림은 주어진 주변 환경의 맥락에 따라 색채항등성이 어떤 방식으로 작용하는지를 잘 보여주고 있습니다. 첫째, 어두운 네모꼴 사면에 밝은 네모꼴이 붙어 있기 때문에 대비가 강조될 뿐더러 둘째, 회색빛이 흐릿한 가장자리를 갖기 때문에 실제 세상의 그림자처럼 보인다는 것이죠. 이는 드레스 사진에서도 마찬가지입니다. 즉 햇빛의 가시광선 파장 변화에 익숙한 우리 뇌가 드레스 옆에 언뜻 드러난 방의 밝기를 실제의 단서로 여기고 ‘자동보정’을 하는 것입니다.

사람마다 색채항등성은 왜 다르게 작동하나

우리 모두의 뇌가 햇빛 아래에서 사물을 보도록 진화했다면 왜 사람마다 자동보정의 결과가 다른 걸까요? 그뿐만이 아닙니다. 제 주변에서는 아침에 봤던 “흰금”이 저녁에 다시 보니 “파검”이었다든가, 잠시 책을 보고 돌아오니 “파검”이 “흰금”으로 변한 다음에 내내 그 상태를 유지한다든가, 하는 제보가 빗발쳤습니다. 어떤 사람은 위에서 아래로 내려다보면 “흰금”, 아래에서 위로 올려다보면 “파검”으로 보인다고 주장했습니다. 즉 자동보정은 사람마다 다를 뿐만 아니라 상황에 따라 반대로 뒤집히기도 한다는 것입니다. 그렇다면 무엇이 이런 자동보정을 조절하는 결정적 요인인 걸까요?

<기즈모도(Gizmodo)>의 기사 “네 눈이 어떻게 된 거 아니니? 드레스에 관한 설명”은 그 요인을 초기 시각 시스템, 즉 원추체와 간상체의 분포에서 찾습니다. 원추체는 색을 지각하는 수용기로서 빨강과 파랑, 녹색 세 종류가 있습니다. 사람에 따라서는 간혹 두 종류밖에 없거나 네 종류가 있는 경우도 있습니다. 간상체는 밝기를 지각하는 수용기로서 빛의 양이 적은 곳에서 활발한 활동을 보입니다. <기즈모도>에 따르면 개개인의 망막에 분포하는 원추체와 간상체의 양, 그리고 드레스 사진을 보게 된 방의 밝기가 서로 다르게 상호작용했기 때문이라는 것입니다.

한편 <내셔널 지오그래픽(National Geographic)>의 기사 “파란색 드레스인가요 흰색 드레스인가요? 우리가 다르게 색을 보는 이유”는 <기즈모도>의 기사처럼 초기 시각 시스템에 비중을 두는 듯합니다. 메릴랜드 실버 스프링에서 개인 병원을 운영하는 안과의사 닐 아담스의 의견에 따르면, 안구에 들어오는 빛이 특정 방향으로 꺾이면 파랑-검정을, 또 다른 방향으로 꺾이면 흰색-금색을 보게 된다는 것입니다. 만일 갈색 안경을 꼈거나 백내장으로 인해 수정체가 탁한 경우에는 색을 다르게 해석할 가능성도 높아진다고 아담스는 말했습니다. 시각심리학에 따르면 이는 바텀업 (bottom-up) 과정에 더 많은 비중을 두는 해석입니다. 망막의 수용기가 최초의 빛 정보, 즉 주변에서 들어오는 빛의 파장에 어떻게 영향을 받느냐에 따라 “흰금”과 “파검”이 결정된다는 것입니다.

반면 탑다운 (top-down) 과정에 더 비중을 두는 해석도 있습니다. <가디언(The Guardian)>의 기사 “파검인가 흰금인가? 그 답은 시각심리학에 달려 있다”를 보면, 서섹스대학에서 아동의 색채항등성 발달을 연구하는 박사과정 학생 메리 로저스는 “색채항등성 메커니즘은 언제나 학습하며, 이런 학습 결과 덕분에 뇌의 색채보정이 달라지고 또 다른 경험을 낳게 된다”고 말합니다. “어쩌면 이런 과정이야말로 ‘흰금’으로 보이던 드레스가 ‘파검’으로 보이게 되는 원인일 수 있다”는 것입니다.

아동의 경우에는 어른보다 더 낮은 수준의 색채항등성을 지녔기 때문에 세상이 더 혼란스럽게 보일 수도 있다고 합니다. 또한 빛의 화가라 불리는 모네의 경우에는 일반인과는 다르게 시시각각 변화하는 낮의 풍경을 처리하는 자동적 과정을 의식적으로 무시할 수 있지 않았나 하는 견해도 있습니다.

잠시 <진주 귀고리 소녀>의 그리트 이야기로 돌아가 봅시다. 구름이 언제 어느 때나 ‘희게’ 보이는 건 색채항등성 때문이지만, 그의 눈은 그런 색채항등성을 의식적으로 무시한 채 그 순간 구름이 띠는 실제의 색- 노랑과 옅은 파랑, 회색을 보았던 것입니다.

풀리지 않은 질문: 지금 보니 흰금이 파검이 됐어요

<슬레이트(Slate)>에 실린 “드레스가 주는 교훈”에서, 뉴욕대학에서 심리학과 신경과학을 가르치는 파스칼 월리슈는 특히 “흰금”과 “파검”이 바뀌는 현상을 흥미롭게 주목했습니다. 드레스 사진을 잘 보면, 위쪽의 빛은 푸르스름하게, 아래쪽의 빛은 다소 불그스름하게 보입니다. 게다가 드레스 사진의 화이트 밸런스가 절묘하게 모호한 위치에 놓였기 때문에, 빛 단서만 놓고 보면 “흰금”과 “파검”이 언제든 뒤집힐 수 있다는 것입니다.

» '루빈 꽃병'. 출처/ Wikimedia Commons

그러나 드레스 사진의 경우, 일반적인 쌍안정 지각(bistable perception), 즉 위의 루빈 꽃병 그림에서 볼 수 있듯이 흰 병과 검은 얼굴이 번갈아 보이는 것처럼 빠른 변화는 일어나지 않습니다. 게다가 의식적으로 조절하기도 어렵습니다. 또한 월리슈는 공간적 맥락 뿐 아니라 시간적 맥락도 고려할 필요가 있다고 지적합니다. 이전에 쌓아온 시각 경험이 색채항등성이 작용하는 데 영향을 끼친다는 것입니다. 가령 올빼미 타입, 즉 단파장이 강한 인공조명 아래서 더 많은 시간을 보내온 사람의 뇌는 자동보정을 할 때 푸른색을 ‘제거’할 가능성이 더 높겠지요.

저 개인적으로 볼 때 “흰금”과 “파검”이 바뀌는 현상이 유난히 흥미로웠던 이유는, 월리슈가 말했던 것과 같은 쌍안정 지각의 예시 중 색채에 관련된 연구는 거의 찾아볼 수 없었기 때문입니다. 지금껏 루빈 꽃병처럼 형태에 관련된 시각 자극이나, 움직이는 점처럼 움직임에 관련된 시각 자극은 쌍안정 지각 연구에 다양하게 사용되어 왔지만 이처럼 색채 지각에서, 그것도 수백만 명의 사람이 “흰검” 혹은 “파금”이라는 서로 다른 두 색채 지각을 오가는 경우는 처음 보았기 때문입니다.

1960년대에 수행된 고전 연구부터 지난 2000년대의 시각신경과학 연구까지 간단히 훑어보았지만 이번 드레스 사진과 같은 연구 사례는 찾을 수가 없었습니다. “흰금”에서 “파검”으로, 다시 “파검”에서 “흰금”으로 바뀌는 현상은 쌍안정 지각이 일어나는 것과 같은 원리로 설명할 수 있을까요? 네, 저 역시 매우 궁금하지만 이 질문만큼은 제가 아는 한, 현재의 연구 결과만으로는 아직 대답할 수가 없습니다.

실제로는 어두운 푸른색과 탁한 겨자색 드레스가 “흰금” 혹은 “파검”으로 보이는 이유는 색채항등성 때문입니다. 어떤 사람은 “흰금”을, 또 다른 사람은 “파검”을 보는 이유는 뇌에서 각기 다른 방식으로 색채항등성을 유지하려 하기 때문입니다. 색채항등성을 일으키는 요인은 다양합니다. 햇빛에 익숙하도록 진화한 우리 뇌, 망막의 원추체와 간상체, 방의 밝기와 모니터에서 들어오는 빛의 각도, 시간이 지나며 쌓인 빛 경험 등이 모두 “흰금”과 “파검”을 결정하는 요인이 될 수 있습니다.

왜 “흰금”에서 “파검”, 혹은 “파검”에서 “흰금”으로 바뀌는지에 대해서는 아직 확실한 답을 알 수 없습니다. 그것은 즐거움을 위해 남겨진 수수께끼일 것입니다. ◑

[참고 자료]

버즈피드의 설문:

http://www.buzzfeed.com/catesish/help-am-i-going-insane-its-definitely-blue

에드워드 아델슨의 체커보드 착시:

http://web.mit.edu/persci/people/adelson/checkershadow_illusion.html

쿼츠: Use this slider to see The Dress change colors before your very eyes

http://qz.com/352594/use-this-slider-to-see-the-dress-change-colors-before-your-very-eyes/

뉴욕타임즈: Is That Dress White and Gold or Blue and Black?

http://www.nytimes.com/interactive/2015/02/28/science/white-or-blue-dress.html

와이어드: The Science of Why No One Agrees on the Color of This Dress

http://www.wired.com/2015/02/science-one-agrees-color-dress/

아이오나인: The “What Color Is This Goddamn Dress?” Debate Explained By Science

http://io9.com/the-what-color-is-this-goddamn-dress-debate-explaine-1688378120

기즈모도: What The Hell Is Wrong With Your Eyes? A Dress Explainer

http://gizmodo.com/what-the-fuck-is-wrong-with-your-eyes-a-dress-explaine-1688364883

내셔널지오그래픽: Blue or White Dress? Why We See Colors Differently

http://news.nationalgeographic.com/news/2015/02/150227-blue-white-dress-optical-illusion-science/

가디언: Is The Dress blue and black or white and gold? The answer lies in vision psychology

http://www.theguardian.com/science/head-quarters/2015/feb/27/the-dress-blue-black-white-gold-vision-psychology-colour-constancy

슬레이트: Lessons from the dress

http://www.slate.com/articles/health_and_science/science/2015/02/what_color_is_this_dress_a_scientist_explains_visual_ambiguity_and_color.html

Hurlbert, A. (1999). Colour vision: Is colour constancy real?. Current Biology,9(15), R558-R561.

김서경 미국 일리노이대학 인지신경과학 박사과정  

@한겨레 과학웹진 사이언스온  

   [사이언스온의 길목]