망막의 현미경적 구조

우리가 망막에 형성된 상을 가지게 됨으로써, 즉 빛 에너지가 신경활성으로 전환됨으로써 시각의 신경과학 영역에 도달할 수 있게 되었다. 망막에서의 영상처리에 대한 논의에 앞서 먼저 뇌의 작은 일부인 망막의 구조 즉 세포 구축을 알아야 한다. 

시각 정보가 눈을 빠져 나갈 때까지 가장 직접적인 경로는 광수용 세포에서 양극 세포로, 그리고 다시 신경절 세포로 전달되는 것이다. 

광수용세포는 빛에 반응하고, 연결된 양극세포의 세포막전위에 영향을 준다. 신경절세포는 빛에 반응하여 활동전위를 생성하고, 이러한 활동전위 자극이 시신경으로 전파되어 뇌의 나머지 부분에 이르게 된다. 이렇게 광수용세포로부터 뇌에 이르는 직접경로에 관계된 세포 외에도 망막에서의 정보 처리 과정은 부가적인 두 종류의 세포에 의해 영향 받는다. 

수평세포는 광수용세포에서 정보를 받아 그 정보를 옆으로 뻗은 신경돌기를 통해 보내서 주변의 양극세포와 광수용세포에 영향을 준다. 매우 다양한 종류의 무축삭세포는 양극세포로부터 정보를 받아 이를 옆으로 보내서 주변 신경절세포, 양극세포 그리고 다른 무축삭세포에 영향을 준다.

1. 예외를 빼고는, 망막에서 빛에 민감한 세포는 오직 막대 광수용 세포와 원뿔 광수용 세포 두 종류의 광수용 세포 뿐이다. 다른 모든 세포가 빛에 영향을 받는 것은 오직 광수용세포와의 직, 간접적인 신경연접을 통해 이루어진 것이다. 
2. 신경절세포는 망막에서 생성된 정보를 외부로 출력하는 유일한 세포이다. 
3. 신경절세포는 망막의 신경세포들 중 유일하게 활동전위를 발화하는 유일한 신경세포로 이것은 눈 바깥으로 정보를 전달하는 데 필수적이다. 

 

망막의 적층 구조

망막은 적층구조로 세포들이 층판으로 배열되어 있다. 

빛은 유리체로부터 신경절세포와 양극세포를 통과하여야만 광수용세포에 도달한다. 광수용 세포의 위 쪽에 위치한 망막세포인 신경절세포와 양극세포는 비교적 투명하기 때문에 빛이 이곳을 통과하는 동안 상의 왜곡은 그다지 일어나지 않는다. 이와 같은 뒤집어진 듯한 배열이 유리한 이유는 광수용세포와 광색소의 유지에 결정적인 역할을 하는 색소상피가 광수용 세포 아래에 놓인다는 점이다.

또한 색소상피는 망막을 통과하는 모든 빛을 흡수함으로써 눈 내부에서 빛이 산란되는 것을 최소화하여 상이 퍼져 흐리게 보이는 것을 막아준다. 야행성의 동물들은 반사판이라 부른느 반사층을 광수용 세포 아래에 더 갖고 있음으로써 빛이 망막을 통과하게 되면 다시 광수용 세포로 판사하게 된다. 이는 시력은 좀 떨어지는 대신 적은 양의 빛에 대해서도 훨씬 더 민감하다. 이는 눈빛남 현상의 원인이기도 하다.

광수용세포의 구조

전자기방사를 신경신호로 변환시키는 과정은 망막 뒤쪽에 위치한 광수용세포에서 일어난다. 모든 광수용세포는 4개 부분으로 구성된다. 바깥 분절, 속분절, 세포체, 연접말단이 그것이다.

바깥 분절은 막성분의 원반들이 쌓여 있는 더미를 포함한다. 이 막원반에는 빛에 민감한 광색소가 위치해서 빛을 흡수하여 광수용세포의 세포막전위에 변화를 일으킨다. 

망막에 있는 두 가지 종류의 광수용세포들은 바깥 분절의 모습에 의해 쉽게 구분된다. 

막대 광수용세포는 많은 디스크를 포함하는 긴 원통모양 바깥 분절을 가지고, 원뿔 광수용세포는 막대 광수용 세포에 비해 적은 수의 디스크를 지닌 짧고 끝이 가늘어진 모양의 바깥 분절을 가진다. 

막대 광수용 세포가 원뿔보다 빛에 1천 배나 더 민감하게 반응하도록 한다.

이러한 큰 차이를 보이는 탓에 2개의 상보적인 시스템이 하나의 눈에 존재하는 이중망막을 지니고 있다고 생각하게 되었다. 일부 동물들은 둘 중 하나만 가지고 있음으로써 이중망막을 갖지 않는다. 밤이나 암순응시에는 막대 광수용 세포만이 시각에 역할을 수행하고, 낮이나 명순응시에는 원뿐 광수용세포가 대부분 역할을 한다. 중간순응시에는 두 광수용세포 모두가 시각에 역할을 수행한다. 

또 다른 차이로는 모든 막대 광수용세포는 같은 종류의 광색소를 포함하는 반면, 원뿔 광수용세포는 각기 다른 광색소를 지닌 세 가지 종류의 세포가 있다. 이러한 원뿔 광수용 세포 색소간의 다양성은 세 종류의 원뿔 광수용세포가 각각 다른 파장의 빛을 감지하게 해준다. 

우리가 색을 볼 수 있는 능력은 막대가 아닌 오직 원뿔 광수용세포에 기인한다. 

컴퓨터 디스플레이의 픽셀과 같은 아주 깔끔한 배열과는 달리, 사람의 망막은 원뿔 광수용세포의 배열과 분포에서 굉장한 다양성을 보여준다.

망막구조에서 부위별 차이와 이로 인한 시각적 결과

망막의 구조는 중심에서 주변부에 이르기까지 다양하게 나타난다. 원뿔 광수용세포의 대부분은 중심에 위치한다. 중심 오목에는 막대 광수용 세포가 하나도 없으며, 주변부에서는 막대 광수용 세포의 개수가 더 많다. 

이러한 개수, 분포의 차이는 시각적 결과를 유발한다.