청음경로

귀는 환경에서 발생한 폭넓은 자극을 전달하고 경험하게 해주는 한 쌍의 감각 기관이다.기압의 변화를 전기적 충격의 흐름으로 바꿔서 두뇌가 이를 분석하고 해석하는 이 과정은 사람의 몸 전체를 통틀어 가장 흥미로운 감각 프로세스며, 실제로는 머리 밖에서부터 시작된다. 소리가 처음 외이에 도달하는 지점부터 전기 자극이 뇌의 청각 중추로 전달되는 지점까지 공부해보자

1.외이
사람의 청각은 한 개의 자극(음파)소스가 다른 자극(뇌를 향한 전기 자극)으로 변환되는 청각 변환이라는 프로세스로 이뤄진다.

음파가 처음 귓바퀴라는 귀의 바깥 부분에 도달하면서 시작된다.

대부분 불수의근인 귓바퀴는 연골과 피부로 이뤄진다. 공동, 고랑, 융기는 무작위적 구조가 아니라, 사실은 다양한 각도에서 도달하는 음파를 외이도로 인도하는 복잡하고 고도로 정밀한 깔때기다.각 개인의 귓바퀴는 전반적 형태뿐 아니라 불규칙적인 표면적 특성이 다 다르다.

소리를 외이도로 인도하는 데 더해, 이 표면에서 음파가 반사되며 조금 반향된다. 이때 특정 주파수는 증폭되고 다른 주파수는 경감되는데, 그러면서 주파수의 스펙트럼 형태가 바뀐다.조금 뒤에 살펴보겠지만, 스펙트럼 형태의 단서라고도 하는 소리의 이런 '조율'은 소리의 출처를 분명히 판단하는 데 중요한 역할을 한다.귓바퀴는 사람의 행동과 대화 소통에 중요한 소리를 증강시켜주는 역할도 한다.

일단 귓바퀴에서 안으로 들어온 음파는 이어서 외이도에 진입한다.
길이 약 2.5cm, 직경 0.7cm인 납작한 s형태의 외이도는 안으로 갈수록 좁아지며,중이 구조를 보호하고 공명체 역할을 해서 2,000에서 4,000Hz까지의 소리를 10~15db로 증폭한다. 외이도의 바깥 쪽 3분의 1은 연골로 구성돼 있으며,그 위를 덮은 피부에는 섬모 세포와 귀지를 만드는 선이 분포한다.안쪽 3분의2는 얇은 피부층으로 덮인 뼈의 벽으로 구성돼 있다.

2.중이
외이도의 끝에는 고막이라는 얇고 반투명하며 직경 약 10mm인 타원형 막이 있다.외이도의 바닥에 45도에서 60도 각도로 얹혀 있는 고막은 주변을 둘러싸고 있는 일련의 작은 근육들로 지탱된다.외이도로 들어오는 음파를 액체로 채워진 달팽이관 속의 진동으로 변환하는 중이 속의 기관 중 첫 번째가 고막이다.

외이도의 끝에는 고막이라는 얇고 반투명하여 직경 약 10mm인 타원형 막이 있다.외이도의 바닥에 45도에서 60도 각도로 얹혀 있는 고막은 주변을 둘러싸고 있는 일련의 작은 근육들로 지탱된다.외이도로 들어오는 음파를 액체로 채워진 달팽이관 속의 진동으로 변환하는 중이 속의 기관 중 첫 번째가 고막이다.

변환이라는 이 과정에서 음파가 고막을 진동시키면 세 개의 연속된 작은 뼈, 즉 추골, 침골, 등골이 진동을 내이 전체로 전달한다.이 세 뼈 중 첫 번째인 추골은 고막 뒷면에 단단히 붙어있다.

고막이 진동하면 추골은 이에 맞춰 움직인다. 이 진동은 이어서 침골, 등골로 전달된다. 등골저는 난원창이라고 하는, 내이로 이어지는 입구를 덮은 막으로 연결된다.

음파를 기계적 진동으로 변환하는 역활 외에, 이 세 개의 작은 뼈(인간 육체에서 가장 작음)는 고막에서 나온 진동을 난원창으로 보낼 때 크게 증폭시키는 복합 레버의 역할도 한다.이 레버 시스템은 고막과 난원창의 크기 차이와 어우러져, 고막을 진동시키는 분자 크기의 음파를 30배로 증폭해준다.
외이와 중이 소골에서의 증폭이 없다면,소리 에너지 중 약0.1%만이 내이로 도달할 수 있을 뿐이다.

중이의 세 뼈는 몸에서 가장 작은 뼈이며, 태어날 때부터 완전한 크기로 형성돼,일생 동안 크기가 변하지 않는다.1원짜리보다 작음

3.내이
내이의 구조
내이는 청각과 균형 감각을 조절하는 세 개의 주요 구조로 구성된다. 이 구조 중 둘,즉 반고리관과 전정은 세 개의 축으로 머리의 움직임을 감지하는 외에도 균형 감각에 관련돼 있고 달팽이관이 청각에 핵심적인 역할을 한다.

달팽이관은 소용돌이 모양의 측두골 속 공동이며, 그 축을 중심으로 2.75바퀴를 돈다. 펼쳐놓으면 길이가 약 35mm인 직경 10mm의 관 모양이며,액체로 가득한 전정관, 고막관, 와우관이라는 세 개의 격실로 나눠진다.세 개의 격실은 얇은 막으로 구분된다. 전정과 고막관은 중이의 소골이 받은 압력파를 전달하는데, 달팽이관 꼭대기에 있는 와우공이라는 작은 입구로 연결된다. 세 번째 격실인 달팽이관에는 매우 민감한 코르티 기관이 있는데, 궁극적으로 청각 신경을 따라 전기 자극을 두뇌로 전송하는 청각의 중추 기관이다.(중이에서 도달한 진동이 궁극적으로 소리로 인지되도록 두뇌에 전송되는 신경 자극으로 바뀌는 방식)

4.난원창과 내창
중이 속의 고막과 뼈의 진동은 달팽이관의 전정관 바닥의 난원창을 덮고 있는 막에 있는 등골의 피스톤 같은 동작을 낳는다. 하지만 공기와 달리 액체는 압축되지 않는다.그래서 등골의 운동이 생성한 압력파는 두 번째 구멍에 흡수되는데, 이곳이 바로 고막관 바닥에 있는 난원창이다.아래처럼 등골이 진동해서 난원창이 밀리면, 난원창을 덮고 있는 막은 반대로 진동해, 중이 속의 공기 공간이 움직인다.

압력파가 일으키는 전정과 고막관 내 액체의 전후 운동은 기저막의 상하 운동을 유발하는데, 이것이 궁극적으로 두뇌에 전달돼 소리로 인지되는 신경 신호로 달팽이관의 진동을 변환하는 첫 단계다.

기저막의 중요한 특징은 그 너비와 뻣뻣함 같은 역학적 속성이 계속 변화한다는 점이다. 예를 들어, 기저막의 가장 넓은 지점은 바닥은 가장 좁은 지점보다 100배 더 유연한 것으로 추정된다. 기저막은 주파수적으로 조직돼 있기도 한데, 달팽이관 속 액체의 다양한 진동 주파수는 각각 최대 이동 거리가 특정 위치로 고유하게 정해져서 직접 해석된다는 뜻이다.

5.코르티 기관
코르티 기관은 사람의 몸을 통틀어 가장 놀라운 감각 기관이며, 논란의 여지는 있지만 청각 체계 전체에서도 가장 중요한 구조다.기저막 상단에 위치하며, 달팽이관 전체 길이에 걸쳐 있는 코르티 기관은 표면에서 튀어나온 섬모 세포 4열(안쪽3열 바깥쪽1열)로 구성된다.각 세포마다 부동섬모라는 작은 섬모가 튀어나와 있다.각 섬모 세포 열 위에는 덮개(지붕)막이 걸려 있다.

압력판가 고막관 속의 액체를 통과할 때, 기저막에서 생성된 파형은 섬모 세포를 누르며, 부동섬모는 위에 있는 덮개막을 깎아내는 동작으로 쓸어댄다.
이 동작은 부동섬모를 구부리고 섬모 세포막을 가로지르는 전압을 변화시켜, 본질적으로 진동 에너지를 전기 신호로 변환하는 복잡한 전기 화학적 프로세스를 촉발한다.이 전기 신호는 청각 신경을 따라 두뇌의 청각 중추로 전달된다.

섬모 세포의 작용 규모는 실로 놀랍다. 사람의 청각 한계에서 코르티 기관 내 섬모 세포는 원자 단위의 움직임을 충실히 감지해, 몇 십 분의 1마이크로초 안에 반응할 수 있다.

6.청신경
달팽이관 신경으로도 알려진 청신경은 코르티 기관 내 섬모 세포의 전기 신호를 뇌에서 처리하도록 청각 중추로 보내는 역할을 한다.
사람의 청신경 내 신경 섬유 수는 평균 약 30,000개다. 이 신경 섬유는 그 기반의 달팽이관에서 나와 한데 모여, 약2.5센티미터 길이의 신경 다발을 형성하며 뇌간의 척수에 있는 와우핵에서 끝난다.

7.모노에서 스테레오로
모노(한 귀의, 혹은 한 귀에 관련된) 체계의 관점에서 사람의 청각 경로를 알아봤는데 우리의 귀 두 개는 동일한 과정을 거쳐 기능한다.귀마다 코르티기관에서 나온 전기 신호가 청신경을 통과해, 뇌관에 있는 와우핵 복합체에서 한데 모인 후 두 귀에서 청각 정보를 처리하게 된다.

                             출처 - 실전 증강 현실(스티븐 옥스타칼니스 지음)