과학 일반

모양근에 의한 원근 조절의 원리

by 조영우 posted Oct 14, 2005 Views 25211 Likes 1 Replies 6
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모양근(섬모체근)에 의한 원근 조절의 원리

- 자발적으로 운동을 유발하는 근육인 모양근(섬모체근)

- 수동적으로 팽팽해지거나 느슨해지는 맥락막이나 진대

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


* 2017년 발행 중학교 2학년 과학 EBS 교재에 따르면 모양체는 섬모체, 모양근은 섬모체근으로 표현되어 있습니다. 


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 (개정된 교육과정의 교과서에서는 어떻게 다루어지는지 아직 확인하지 못했습니다.)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

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

    오랫동안 해결되지 않았던 과제인데

    명확한 설명 정말 감사드립니다.

  • profile
    조영우 2010.09.08 10:30

    도움이 되서 기쁩니다~^^

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    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! ^^

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