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귀 모양 바뀌면 "같은 소리도 달리 들려"

By 이웃집과학자
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이웃집과학자 작성일자2018.11.01. | 17,634 읽음

연느님 귓태...ㅎㄷㄷ

친구의 귀를 자세히 들여다 본 적 있으신가요? 귀가 정면을 향해 있는 사람, 뒤로 젖혀진 사람 등 사람마다 제각각인 것을 알 수 있는데요. 귀 모양이 뇌가 인식하는 소리의 주파수 및 소리가 나는 방향을 감지하는데 큰 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔습니다.

캐나다 몬트리올대학(University of Montreal) 연구진은 뇌가 소리를 있는 그대로 인식하는 게 아니라 귀 모양에 따라 다르게 받아 들인다고 주장했습니다. 인위적으로 귀의 모양을 바꿔 줬더니 같은 주파수대의 소리도 다르게 들렸다고 하네요.


귀 모양이 뇌의 소리 인식에 영향을 미친다고 합니다.

출처 : Pixabay

인간의 뇌는 소리를 통해 위치 정보를 분석합니다. 특히 수평적으로 몸의 자세가 기울어졌는지 똑바로 있는지 등의 감각 정보를 분석한다고 합니다. 이는 '두 귀의 시간차(interaural time difference)' 현상 때문인데요. 두 귀의 시간차란 음원이 한쪽 귀에 더 가까이 위치해 있을 때 소리가 가까운 쪽 귀에 더 일찍 도착해 발생하는 시간 차이를 말합니다.


아무리 가까이서 들리는 소리라고 해도 미세하게 왼쪽, 오른쪽 귀에 소리가 와서 닿는 시간차가 생긴다는 건데요. 우리 귀는 이 시간차를 이용해 주변 지형과 몸의 자세를 판단한다고 하네요. 또 소리가 나는 쪽이 왼쪽인지 오른쪽인지, 소리를 내는 물체가 어디에 있는지 순간적으로 분석한다고 합니다.


연구진이 만든 실험 도구. 각도별로 소리가 나온다고 합니다.

출처 : Journal of Neuroscience

국제학술지 <신경과학저널(Journal of Neuroscience)>에 실린 이번 연구에서는 수직으로 발생하는 소리에 집중했는데요. 16명의 실험 참가자들을 대상으로 돔 형태로 만든 실험 기구 안에 앉게 한 뒤 사방에 설치된 스피커에서 무작위로 소리를 들려 주었습니다. 그리고 이 과정에서 발생하는 뇌파를 fMRI로 스캔했는데요.


그 결과 소리가 나오는 위치가 높을수록 뇌의 뉴런 활동이 줄어드는 것으로 나타났습니다. 연구진은 왜 이런 현상이 발생하는지 정확히 규명하지는 못했지만 인간의 진화 과정상 위에서 나는 소리보다는 아래에서 들리는 소리에 더 집중하게끔 '자연선택'됐을 것이라고 추측했습니다.


귀 모양 바뀌면 듣는 소리 달라져

연구진은 귀에 실리콘을 부착해 모양을 인위적으로 변형시켰습니다.

출처 : Journal of Neuroscience

특이점은 귀의 모양을 인위적으로 살짝 바꿨더니 뇌파의 반응도 따라서 변했다는 것입니다. 연구진은 위 사진 처럼 3~7mm정도의 실리콘을 이용해 외이 귓바퀴 부분에 붙였습니다. 귓구멍이 막히거나 소리를 듣는 데 지장이 없도록 부착했는데요.

귀 모양을 인공적으로 바꿔주는 작업이 끝난 뒤 위에서 언급된 돔 형태의 실험 기구에 달린 스피커에서 소리를 재생시켰습니다. 돔의 정중앙을 기점으로 했을 때 아래 방향으로 -45도, -30도, -15도 쪽에 스피커를 위치시켰습니다. 윗쪽으로 +15도, +30도, +40도 지점에 스피커를 부착했습니다. 또 정중앙 부근인 0도 지점에도 스피커를 달았습니다.


귀 모양을 바꾸자 특정 주파수대 소리를 듣는 데 영향을 미쳤습니다.

출처 : Journal of Neuroscience

그 결과 귓구멍이 아닌 귓바퀴 부분에 이물질을 부착했을 뿐인데 특정 주파수 대의 소리를 기존과 다르게 듣는 현상이 일어났습니다. 6kHz보다 낮은 주파수대에는 거의 영향을 미치지 못했지만 이 이상 되는 주파수대에서는 소리를 듣는 데 영향을 미쳤다고 하네요.


소리가 나는 곳의 위치도 혼동했습니다.

출처 : Journal of Neuroscience

또한 귀 모양을 변형시킨 실험 참가자들은 소리가 나는 곳의 위치를 제대로 파악하지 못하는 모습을 보였습니다. 위 그래프에서 Y축 값은 실제 소리가 나는 곳 대비 실험 참가자가 느끼는 소리의 위치 차이를 말해주는데요. 1에 가까울 수록 실제 소리가 나는 곳과 실험 참가자가 느끼는 소리의 근원지가 같다고 볼 수 있습니다.


우측 파란 네모안의 그래프가 귀 모양을 변형시킨 사람들의 데이터이고 그 왼쪽 그래프는 귀에 아무것도 부착하지 않은 상태의 그래프인데요. 파란 네모 안의 Y축 값을 보면 귀에 아무것도 부착하지 않은 사람들에 비해 수치가 낮은 것을 볼 수 있습니다. 즉, 실험 참가자들은 소리가 나는 스피커의 위치를 실제 위치보다 낮게 인식했습니다.


이를 바탕으로 연구진은 뇌가 소리를 인식할 때 소리 그 자체만 듣고 해석하는 게 아니라, 귀 모양에 따라 소리에 대한 인지 자체가 달라질 수 있음을 확인했습니다.


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