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안내섬광

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목차

1. 개요

안내섬광은 눈이나 뇌에 가해지는 기계적, 전기적, 자기적 자극, 방사선 노출, 특정 약물 복용 등으로 인해 시각 시스템에서 발생하는 현상으로, 빛이 아닌 다른 자극에 의해 시각 시스템의 일부가 활성화되면서 나타나는 시각적 경험이다. 안내섬광은 압력, 재채기, 전기 자극, 자기장, 우주 방사선 노출, 특정 약물 복용 등 다양한 원인에 의해 발생하며, 시각 피질이나 망막 신경절 세포의 활성화와 관련이 있다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 및 신경 보철물 연구에 활용되며, 구석기 시대 예술과 같은 인류학적 연구의 대상이 되기도 한다.

2. 원인

안내섬광은 눈이나 시각 시스템에 가해지는 다양한 자극으로 인해 빛이 보이는 현상이다. 주요 원인은 다음과 같다.


  • 기계적 자극: 눈을 비비거나 누르는 등의 압력으로 인해 망막 세포가 자극을 받아 안내섬광이 발생한다. 이는 고대 그리스 시대부터 알려진 현상이다.[5] 재채기, 웃음, 심한 기침, 코 풀기, 머리를 맞았을 때, 또는 저혈압 등으로 인해 "별이 보이는" 현상도 망막의 기계적 자극과 관련될 수 있다.
  • 전기적 자극: 1929년 신경학자 오트프리트 푀르스터는 뇌의 전기 자극으로 안내섬광이 생성된다고 보고했다.[12] 시각 피질에 전극을 삽입하여 전기 펄스를 가하면 안내섬광이 생성될 수 있으며, 이를 이용해 시각 보철물을 만들기도 한다. 경두개 자기 자극(TMS)과 같이 두피에 전극을 사용하는 비침습적 기술도 안내섬광을 유발할 수 있다.[14]
  • 기타: 강렬하고 변화하는 자기장은 경두개 자기 자극(TMS)과 관련하여 안내섬광을 유발할 수 있다. 또한, 경두개 교류 자극과 같이 신경 진동을 유발하는 교류 전류에 의해서도 유도될 수 있다.[16] 우주 비행사들이 우주 방사선에 노출되었을 때[20]나 방사선 치료를 받는 환자들이 체렌코프 복사와 유사한 파란색 섬광을 보는 경우[21]도 안내섬광의 일종이다. 이바브라딘과 같은 일부 약물도 안내섬광을 유발할 수 있다.[22]

2. 1. 기계적 자극

압력 포스펜은 눈을 감고 비비거나 누르는 등 눈이나 그 근처에 압력을 가하여 발생하는 가장 흔한 포스펜이다. 이는 고대 그리스인들이 묘사할 정도로 오래전부터 알려져 있었다.[5] 압력은 망막의 세포를 기계적으로 자극한다. 이러한 자극으로 인해 다음과 같은 현상들이 나타난다.

  • 비비는 방향과 반대 방향으로 움직이는 시야의 어두워짐
  • 비비는 방향과 반대 방향으로 움직이는 흩어진 색깔 덩어리
  • 압력이 가해지는 곳 근처 또는 반대편에 존재하는 밝은 원과 같은 잘 정의된 모양[6]
  • 반짝이고 끊임없이 변화하고 변형되는 빛 격자(구겨진 파리 얼룩 방충망과 유사)와 때때로 어두운 점
  • 드문드문 흩어져 있는 강렬한 파란색 빛의 점


압력 포스펜은 비비는 것을 멈추고 눈을 떴을 때 잠시 동안 지속될 수 있으며, 시각적 장면에서 포스펜을 볼 수 있게 한다. 헤르만 폰 헬름홀츠와 다른 사람들은 압력 포스펜 그림을 발표했다. 압력 포스펜의 한 예로, 아이작 뉴턴은 눈의 옆면을 부드럽게 눌러 반대편에 나타나는 색깔의 고리 모양의 빛을 관찰하는 실험을 상세하게 설명했다.[7][8][9]

재채기, 웃음, 심하고 깊은 기침, 코 풀기, 머리를 맞았을 때, 또는 저혈압(예: 기립성 저혈압으로 너무 빨리 일어섰을 때 또는 기절하기 전)으로 인해 "별이 보이는" 현상 역시 포스펜의 일종이다. 이것들은 망막의 기계적 자극과 관련될 수 있지만, 시각 피질 또는 시각 시스템의 다른 부분의 뉴런에 대한 기계적 및 신진대사(낮은 산소 공급 또는 포도당 부족과 같은) 자극과 관련될 수도 있다.

2. 2. 전기적 자극

신경학자 오트프리트 푀르스터는 1929년에 뇌의 전기 자극으로 안내섬광이 생성된다고 보고했다.[12] 1968년 브린들리와 르윈은 52세의 시각 장애(실명) 여성의 시각 피질에 자극 전극 매트릭스를 직접 삽입하여 작은 전기 펄스를 사용해 안내섬광을 생성했다. 이러한 안내섬광은 무색 또는 유색 빛의 점, 반점, 막대였다.[12] 브린들리와 러스턴은 안내섬광을 사용하여 시각 보철물을 만들었는데, 이 경우 안내섬광을 사용하여 점자 점을 묘사했다.

최근 몇 년 동안 연구자들은 사고로 시력을 잃은 사람들의 시력을 회복시키기 위해 안내섬광을 자극하는 실험적인 뇌-컴퓨터 인터페이스 또는 신경 보철물을 성공적으로 개발했다. 주목할 만한 성공 사례로는 윌리엄 H. 도벨[13]의 인간 실험과 마크 휴마윤의 인간 실험, 딕 노르만(Dick Normann)의 동물 연구가 있다.

수술 절차의 침습성이 없는 기술로 두피에 전극을 사용하는 경두개 자기 자극도 안내섬광을 생성하는 것으로 나타났다.[14]

인간을 대상으로 한 실험에 따르면, 시각 피질이 새발톱 고랑 위에서 자극될 때 안내섬광은 시야의 하단에서 생성되고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.[15]

2. 3. 기타

강렬하고 변화하는 자기장과 같은 현상으로 안내섬광이 발생할 수 있으며, 이는 경두개 자기 자극(TMS)과 관련이 있다. 이러한 자기장은 시각 시스템의 다른 부분에 있는 세포를 자극하기 위해 머리의 여러 부분에 위치할 수 있다. 또한 경두개 교류 자극과 같이 신경 진동을 유발하는 교류 전류에 의해서도 유도될 수 있다.[16] 이 경우, 안내섬광은 주변 시야에서 나타난다.[16] 이 주장에 대한 반론도 있다. 대안적인 가설은 후두 전극에서 발생한 전류가 망막에서 안내섬광을 유발한다는 것이다.[17][18][19] 자기장에 의해 생성된 안내섬광은 자성 안내섬광으로 알려져 있다.

우주 방사선에 노출된 우주 비행사들은 안내섬광을 보았다고 보고했다.[20] 방사선 치료를 받는 환자들은 치료 중 파란색 섬광을 보았다고 보고했으며, 이 현상은 체렌코프 복사와 유사한 것으로 밝혀졌다.[21]

안내섬광은 이바브라딘과 같은 일부 약물에 의해 발생할 수 있다.[22]

3. 메커니즘

대부분의 시각 연구자들은 안내섬광이 빛 이외의 자극으로 시각 시스템 일부가 자극된 후 나타나는 정상적인 활동의 결과라고 믿는다. 예를 들어, 그뤼서 등은 눈에 가해지는 압력이 빛에 의한 활성화와 유사하게 망막 신경절 세포를 활성화시킨다는 것을 보여주었다.[23] 고대에는 빛이 눈에서 생성된다는 이론이 있었으나 현재는 받아들여지지 않는다.[5] 이 이론의 한 변형이 다시 나타났는데, 그 저자에 따르면 "안내섬광의 빛은 망막에서 대뇌피질에 이르기까지 시각 시스템의 다양한 부분에서 유도되거나 자발적으로 증가된 세포의 생체 광자 방출에 대한 내적 인식 때문"이라고 한다.[24]

4. 인류학적 연구

데이비드 루이스-윌리엄스와 T. A. 도슨은 1988년에 안내섬광 및 기타 엔토픽 현상에 관한 논문을 발표했다. 그들은 구석기 시대 후기의 비정형 미술이 안내섬광의 시각적 이미지와 신경학적 "형태 상수"를 묘사하며, 이는 아마도 환각성 향정신성 약물에 의해 강화되었을 것이라고 주장했다.[25]

5. 연구

망막색소변성증 환자를 위한 시각 보철 연구가 진행되었으며, 후두엽 위 두개골에 삽입된 전극 배열을 사용하여 안내섬광을 생성한다. 이러한 장기 이식술은 감염 및 발작과 같은 위험으로 인해 개발에 어려움을 겪고 있다.[26]

안내섬광은 뇌-뇌 통신 시스템의 일부로 사용될 수 있다고 보고되었다. BrainNet이라는 시스템은 경두개 자기 자극(TMS)을 사용하여 안내섬광을 생성한다. 이 연구는 뇌파검사법(EEG)으로 신호를 감지하고 TMS로 전달하는 시스템을 통해 생각을 뇌에서 뇌로 연결하는 것을 목표로 한다. 실험은 5개 그룹(각 그룹당 3명)으로 진행되었다. 피험자는 두 그룹으로 나뉘어, 두 명은 송신자(EEG 전극 연결), 세 번째는 수신자(TMS 헬멧 착용) 역할을 했다. 각 사람은 테트리스 스타일 게임 화면 앞에 배치되었다. 송신자는 블록 회전 여부를 결정해야 했지만, 직접 회전시킬 수는 없었고 수신자만 가능했다. 화면 가장자리에는 서로 다른 주파수(15Hz, 17Hz)로 깜박이는 두 개의 아이콘이 있었다. 송신자는 블록 회전 방향을 신호하기 위해 아이콘에 집중했다. EEG는 고유 신호를 생성, 수신자 TMS 헬멧으로 전송되어 15Hz 및 17Hz 신호에 따라 다른 안내섬광을 감지, 해당 방향으로 블록을 회전시켰다. 실험 성공률은 81%였다.[27]

참조

[1] 논문 Movement phosphenes in optic neuritis: A new clinical sign 1976-11-01
[2] 논문 Auditory evoked phosphenes in optic nerve disease 1982-01-01
[3] 논문 The Soma Code, Part III: Visions, Myths, and Drugs 2002
[4] 서적 Mescal, and Mechanisms of hallucinations University of Chicago Press 1966
[5] 논문 On the history of deformation phosphenes and the idea of internal light generated in the eye for the purpose of vision 1990-02
[6] 웹사이트 Phosphenes: Your Own Personal Aurora Borealis https://multiplescle[...] 2018-03-11
[7] 웹사이트 Laboratory Notebook http://cudl.lib.cam.[...] Cambridge Digital Library 2014-10-09
[8] 서적 Certain philosophical questions: Newton's Trinity notebook Cambridge University Press 2002
[9] 논문 From the library 2003-10-01
[10] 논문 Phosphenes ou sensations loumineuses
[11] 서적 Essai sur les phosphenes: ou anneaux lumineux de la retine considérés dans leurs rapports avec la physiologie et la pathologie de la vision https://books.google[...] Masson 1853
[12] 논문 The sensations produced by electrical stimulation of the visual cortex 1968-05-01
[13] 논문 Phosphenes produced by electrical stimulation of human occipital cortex, and their application to the development of a prosthesis for the blind 1974-12-01
[14] 서적 Vision: From Neurons to Cognition, Volume 1 Gulf Professional Publishing
[15] 논문 Phosphene Induction and the Generation of Saccadic Eye Movements by Striate Cortex 2005-01
[16] 논문 Frequency-Dependent Electrical Stimulation of the Visual Cortex 2008-12
[17] 논문 Transcranial electrical stimulation over visual cortex evokes phosphenes with a retinal origin 2012-10-15
[18] 논문 Retina or visual cortex? The site of phosphene induction by transcranial alternating current stimulation 2009
[19] 논문 Retinal origin of phosphenes to transcranial alternating current stimulation 2010-07
[20] 논문 Phosphenes in Low Earth Orbit: Survey Responses from 59 Astronauts http://www.ingentaco[...] 2006-04
[21] 논문 Experimentally Observed Cherenkov Light Generation in the Eye During Radiation Therapy 2020-02
[22] 논문 Efficacy of ivabradine, a new selective If inhibitor, compared with atenolol in patients with chronic stable angina 2005-12-01
[23] 논문 Purkynĕ's description of pressure phosphenes and modern neurophysiological studies on the generation of phosphenes by eyeball deformation. 1989
[24] 논문 Phosphene phenomenon: A new concept 2008-05
[25] 논문 The Signs of All Times: Entoptic Phenomena in Upper Palaeolithic Art [and Comments and Reply] 1988-04
[26] 논문 Electrical stimulation of the brain and the development of cortical visual prostheses: An historical perspective 2016-01
[27] 논문 BrainNet: A Multi-Person Brain-to-Brain Interface for Direct Collaboration Between Brains 2018-09-26
[28] 문서 Kluver, H. 1966 Mescal and mechanisms and hallucinations University of Chicago Press. p. 70
[29] 논문 Phosphenes in low earth orbit: survey responses from 59 astronauts
[30] 논문 Movement phosphenes in optic neuritis: A new clinical sign 1976-11-01
[31] 논문 Auditory evoked phosphenes in optic nerve disease 1982-01-01


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