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과학 일반
2005.10.14 11:31

모양근에 의한 원근 조절의 원리

조회 수 25053 추천 수 1 댓글 6
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모양근에 의한 원근 조절의 원리

- 자발적으로 운동을 유발하는 근육인 모양근

- 수동적으로 팽팽해지거나 느슨해지는 맥락막이나 진대

- 수정체가 진대가 팽팽해질 때 얇아지고 진대가 느슨해질 때 움츠러듦에 따라 원근 조절


모양근에 의한 원근 조절의 원리는 7차 교육과정(1997년 12월 30일에 고시되어 2018년 현재까지 지속되는 교육과정)의 고등학교 과학에서 배워야 할 원리는 아닙니다만 (현재 교육과정 개정 단계에 맞게 수정 필요), 많은 참고서가 그 내용을 다루고 있어서 학생들의 질문이 많은 부분이기도 합니다.


하지만, 구체적인 원리의 설명은 찾기 어렵고, 모양근과 진대의 수축 및 긴장 등이 수정체의 두께를 조절하는 계열만 단편적으로 서술되어 있습니다 (현재 교과서 및 참고서 내용을 반영하여 수정 필요). 이러한 단편적인 사실의 나열이 원리의 이해를 오히려 더 어렵게 합니다. 고등학교 과학에서 다루어야 할 개념과 원리가 아니라면 과감하게 배제해야 하는 것 아닌가 하는 생각을 해봅니다.


이 기사는 실험 심리학자이자 캐나다 York 대학 심리학과 교수였던 Peter K. Kaiser 박사의 온라인 서적 <The Joy of Visual Perception>의 모양근 관련 서술을 바탕으로 쓰여졌습니다. 


개요 - 모양근에 의한 원근 조절의 원리를 이해하기 위해 알아야 할 사항입니다.

  • 첫째, 모양근, 맥락막, 진대는 서로 접합된 상태에서 장력을 통해 팽팽하게 평형을 유지하고 있습니다.
  • 둘째, 모양근은 근육이어서 뇌의 제어에 의해 이완하거나 수축하지만, 맥락막, 진대, 수정체 등은 근육이 아니며, 단지 모양근의 작용에 의해 느슨해지거나 팽팽해지는 작용을 합니다.
  • 셋째, 수정체는 진대가 잡아당기면 늘어나면서 얇아지지만 진대가 느슨해지면 스스로 움츠러들면서 두꺼워집니다. 


진대는 한자어가 아니고 독일의 해부학자인 Johann Gottfried Zinn의 이름을 딴 해부학 명칭입니다. Zonule of Zinn 또는 Zinn's Zonule의 번역입니다. 


 

1) 먼 물체를 볼 때

현재 바라보는 물체보다 더 먼 곳에 있는 물체의 상은 망막 앞에 맺힙니다. 더 먼 곳에 있는 물체의 상이 망막에 맺히도록 하려면 수정체가 더 얇아져서 초점길이가 증가해야 합니다. 수정체를 더 얇게 하려면 모양근이 이완되어야 합니다. 모양근이 이완됨으로써 수정체가 얇아지는 과정을 다음 그림에 나타내었습니다. 모양근과 맥락막 및 진대가 서로 접합된 채로 팽팽하게 유지되어 있으며 수정체가 양쪽 진대에 매달려 있는 점을 확인하시기 바랍니다. 뇌의 제어에 의해 이 접합부를 이동시킴으로서 수정체의 두께를 조절하는 것은 모양근입니다. 


  ciliary_rel_verbose_v2_660.jpg

 

먼저 뇌의 제어에 의해 모양근(근육)이 이완하면 맥락막이 움츠러듭니다. 맥락막은 마치 고무줄과 같아서, 마치 손으로 고무줄을 잡아당겼다가 놓으면 고무줄이 신속하게 움츠러드는 것과 같습니다. 그 결과 모양근-맥락막-진대의 접합부가 후방의 맥락막 쪽으로 옮겨가기 때문에 진대는 팽팽해집니다. 수정체 양쪽에 접합된 진대가 팽팽해지기 때문에 수정체의 양쪽 끄트머리가 잡아당겨지면서 수정체는 늘어나며 얇아집니다. 그 결과 수청체의 초점길이가 증가하여 망막 앞에 맺혀졌던 상이 망막에 맺히게 됩니다. 


교과서나 참고서 등에 흔히 등장하는 '진대가 이완된다'거나 '수축한다'는 표현은 이들이 마치 모양근과 같이 근육처럼 능동적으로 기능하는 것으로 오해하게 할 수 있습니다. 그 대신 진대가 모양근의 운동의 결과로 수동적으로 '느슨해진다'거나 '팽팽해진다'는 등의 장력 변화로 이해해야 합니다.



2) 가까운 물체를 볼 때

현재 바라보는 물체보다 더 가까운 곳에 있는 물체의 상은 망막 뒤에 맺힙니다. 더 가까운 곳에 있는 물체의 상이 망막에 맺히도록 하려면 수정체가 더 두꺼워져서 초점길이가 감소해야 합니다. 수정체를 더 두껍게 하려면 모양근이 수축해야 합니다. 모양근이 수축함으로써 수정체가 두꺼워지는 과정을 다음 그림에 나타내었습니다. 


ciliary_con_verbose_v2_660.jpg

 

뇌의 제어에 의해 모양근(근육)이 수축하면 맥락막이 눌어납니다. 고무줄을 잡아당기면 늘어나는 것과 같습니다. 그 결과 모양근-맥락막-진대의 접합부가 전방으로 옮겨가고 진대는 느슨해집니다. 수정체 양쪽에 접합된 진대가 느슨해지기 때문에 수정체의 양쪽 끄트머리가 덜 잡아당겨지면서 수정체는 움츠러들며 두꺼워집니다. 그 결과 수청체의 초점길이가 감소하여 망막 뒤에 맺혀졌던 상이 망막에 맺히게 됩니다. 


이 과정을 애니메이션으로 만들어 보았습니다. 


ciliary_lensing_660.gif

 

PDF로도 만들어 보았습니다. 이 파일을 연 뒤 키보드의 위/아래 커서키를 누르면 그림이 번갈아 표시됩니다.

내려받기: how-the-ciliary-muscles-control-the-lens.pdf



참고 문헌
Kaiser, P. K. (2005). Ciliary Muscle. 기사 열람: October 13, 2005, from http://www.yorku.ca/eye/ciliary.htm
Peter K. Kaiser 박사의 온라인 서적 "The Joy of Visual Perception"의 일부 발췌.




개정 내역

  • 등록: 2005-10-14
  • 수정
    • 2016-06-03. 개요 추가; 진대의 어원 추가
    • 2018-04-29. 참고문헌 형식 변경. 기사 내용 재배열 및 문장 관련 수정.



조영우

어스블로그 | 푸른행성의 과학 | Youngwoo Cho Photography




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  • ?
    반경표 2006.08.22 00:33
    자세한 설명 감사합니다.
  • ?
    하얀그림자 2010.09.08 08:25

    오랫동안 해결되지 않았던 과제인데

    명확한 설명 정말 감사드립니다.

  • profile
    조영우 2010.09.08 10:30

    도움이 되서 기쁩니다~^^

  • ?
    겁쟁이사자 2016.06.02 21:38
    생물학 학사과정을 공부하는 학생이지만 학교에서도 모양근 수축이완에의해 수정체를 조절한다로 밖에 설명해주지 않아서 답답했습니다
    이런 원리였다니 오랫동안 풀리지않은 숙제가 풀린느낌입니다 설명해주셔서 감사합니다
  • profile
    조영우 2016.06.04 02:16

    감사합니다. 저도 York University의 설명을 보았을 때 정말 감사함을 느꼈습니다. 훌륭한 생물학자가 되시기 바랍니다! ^^

  • ?
    조미선 2018.04.28 07:06
    애니메이션으로 보니..한번에 쉽게 이해가 됩니다~~♡

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