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청각 : 소리의 거리

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어디서 불이라도 났는지 사이렌 소리가 멀리서 아련하게 들려온다. 그런데 때마침 텔레비전 드라마에서도 긴급 구조를 위해 앰뷸런스가 출동하는 장면이 나온다.

두 소리는 아주 비슷한 데다 실제 사이렌이 나는 위치가 멀어서 크기도 비슷하다. 그런데 사람들은 두 소리를 쉽게 구별한다. 심지어는 소리만 듣고도 사이렌 소리가 나는 위치를 짐작하기도 하는데, 이런 능력은 어디서 나오는 것일까.

최근 미국 매사추세츠종합병원 생명의학이미지센터 연구진은 소리 위치가 인간의 몸과 얼마나 멀리 떨어져 있는지 알아채는 뇌 영역을 발견했다는 내용의 논문을 미국국립과학원회보(PNAS) 11일자에 실었다.

연구진에 따르면 이 영역은 소리가 나는 위치와 떨어진 거리에 민감하게 반응하고, 소리 크기에는 크게 반응하지 않았다.

논문의 저자인 지르키 아프베니넨(Jyrki Ahveninen) 박사는 “사람들은 멀리서 온 시끄러운 소리와 가까이서 들리는 부드러운 소리를 식별할 수 있는데 이는 우리 뇌가 소리 크기뿐 아니라 거리 단서까지 파악하고 있기 때문”이라고 설명했다.

우뇌 반구에서 소리 거리가 달라짐에 따라 활성화된 영역. PNAS 제공
연구팀은 이를 위해 두 가지 실험을 실시했다. 우선 실험은 가상으로 만든 음향 환경이 정확한지 확인하는 것이었다. 연구진은 정상 청력을 가진 어른 12명에게 헤드폰을 씌워 소리를 듣게 하고 다른 환경적인 소음을 막았다.

헤드폰을 쓴 실험 참가자에게는 다양한 소리 크기를 15~100cm 거리에서 들리는 것처럼 만들어 들려줬다. 실험 참가자들은 한 쌍의 소리를 듣게 듣고 어느 소리가 더 가까이서 들리는지 구별하라는 주문을 받았다. 소리 크기를 임의로 줬지만 이들은 꽤 정확하게 소리의 거리를 구별해냈다.

가상 음향 환경이 정확하다는 걸 확인한 연구진은 기능성자기공명영상장치(fMRI)를 통해 참가자의 뇌를 촬영하는 두 번째 실험을 진행했다. fMRI 장비는 스스로 커다란 소리를 내기 때문에 연구자들은 참가자의 뇌를 12초마다 한 번씩 측정해서 조용한 기간 동안 나타나는 반응도 측정해뒀다.

두 번째 실험에서 연구진은 참가자가 말 등 다양한 소리를 듣는 동안 청각 피질을 촬영했다. 소리 크기와 방향에 대한 반응뿐 아니라 침묵과 즉각적인 소리에 대한 반응에 대한 영상도 찍었다.

그 결과 연구진은 소리의 거리에 민감하게 반응하는 영역을 발견했다. 귀 뒤쪽 뇌의 양 옆에 위치한 청각 피질 근처에 자리 잡은 한 덩어리의 뉴런이 소리가 발생한 위치와 거리에 따라 다양하게 반응했던 것.

공동 연구자인 노버트 코프코(Norbert Kopco) 박사는 “확인된 부분은 공간 정보를 처리하는 청각 피질 근처에 있고, 이 부분은 소리 크기의 변화를 처리하는 과정과 다르다”며 “이번 발견으로 청각도 다른 감각들처럼 공간 정보를 처리하는 영역이 독립적으로 존재하며 소리 높이나 특징과 분리돼 별도로 처리한다는 게 밝혀졌다”고 말했다.

그는 이어 “이번 연구는 뇌처럼 복잡한 기관을 이해하는 데는 영상기술과 생리학, 심리학, 컴퓨터 신경과학 등 전문 분야가 조합되는 중요하다는 걸 구체적으로 보여준 사례다”라고 덧붙였다.

박태진 기자 tmt1984@donga.com