[Simply Psychology] 시각지각 이론

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시각지각 이론 (Visual Perception Theory)

우리는 주변 환경으로부터 정보를 받아들이기 위해 눈, 귀, 코와 같은 감각 기관을 갖추고 있다. 각 감각 기관은 감각 정보를 받아들이고 그 정보를 뇌까지 전달하는 감각 시스템의 일부다.

감각 기관이 물리적인 에너지를 받아들여 시각적인 경험으로 전환되는 과정은 심리학자들이 특별히 관심을 갖는 문제 중 하나다. 감각 정보가 어떠한 방식으로 책상과 컴퓨터, 꽃과 건물, 자동차와 비행기에 대한 인식으로 전환되는지, 어떠한 과정을 통해 우리가 보고, 듣고, 맛보고, 만지고, 듣는지에 관한 문제 말이다.

인식이 어느 정도까지 자극에 포함된 정보에 기반하는지는 심리학자마다 의견이 특히 갈리는 중요한 이론적인 이슈 중 하나다. 어떤 학자들은 인식 과정이 직접적이지 않고, 자극에 포함된 정보뿐만 아니라 인식하는 주체가 이미 가지고 있는 기대나 기존의 지식에서도 영향을 많이 받는다고 주장한다.

여기서는 이 논란에 대해 Gibson (1966)이 주장하는 인식이 직접적이라는 ‘bottom-up’ 이론과 Gregory (1970)가 주장하는 구성주의적 ‘top-down’이론을 대조하여 살펴보겠다.

심리학자들은 인식 과정을 두 가지 유형으로 구분한다: ‘bottom-up’ 과정과 ‘top-down’ 과정이 그것이다.

Bottom-up 과정이란 인식이 자극 자체에서 시작된다고 보는 과정으로, 데이터 중심 과정이라고도 불린다. 인식 과정은 눈의 망막에서부터 시작하여 시각 피질까지 한 방향으로 전달되며, 이 과정의 각 단계가 진행되면 될수록 전달된 시각 자극에 대한 더욱 복잡한 분석이 이루어진다고 본다.

Top-down 과정이란 패턴 인식에 있어 맥락과 관련된 정보를 활용하는 것을 말한다. 예를 들어 휘갈겨 쓴 손글씨를 읽을 때에는 각각의 단어를 읽으려 할 때보다는 전체 문장을 읽을 때 조금 더 쉽게 읽을 수 있다. 이는 단어와 관련된 의미가 맥락을 형성하여 이해를 돕기 때문이다.

Gregory (1970)과 Top-Down 이론

심리학자 Richard Gregory (1970)는 인식이란 top-down으로 이루어지는 구성주의적 과정이라고 주장하였다.

환경에서 주어지는 자극 정보는 종종 애매모호하므로, 자극 정보를 해석하기 위해서는 과거 경험이나 축적된 지식으로부터 얻은 고도의 인지 정보를 활용하여 우리가 인식한 것을 기반으로 더 많은 정보를 유추해야만 한다. Helmholtz는 이 과정을 개연성의 원리 (likelihood principle)라 불렀다.

Gregory에 의하면 인식은 기존 정보에 기반한 하나의 가설이다. 따라서 우리는 우리의 환경과 이미 저장된 정보를 조합하여 현실에 대한 인식을 적극적으로 구성하고 있는 것이다.

요약

• 눈에 이르는 정보는 많지만, 대부분의 정보는 뇌에 다다르기 전에 유실된다 (Gregory는 시각 정보의 90%가 유실된다고 보았다)

• 따라서, 뇌는 과거 정보에 기반하여 인식 주체가 무엇을 보았는지 알아맞혀야만 한다. 이를 두고 현실에 대한 인식을 적극적으로 구성한다고 표현한다.

• Gregory는 인식하는 과정에 있어서 감각 기관에서 접수한 정보를 해석하기 위해 여러 가설을 실험하는 단계가 여럿 있다고 보았다.

• 우리가 인식하는 세계는 과거 경험과 축적된 정보에 기반한 가설이다.

• 감각 기관은 환경으로부터 정보를 받아들여, 경험을 통해 그 동안 축적해 놓은 정보와 결합된다.

• 잘못된 가설의 형성은 인식의 오류로 이어진다 (예를 들어 넥커 큐브와 같은 착각)

Gregory의 이론을 뒷받침하는 증거

예상을 아주 크게 빗나가는 물체는 대체로 예상할 만한 물체로 잘못 인식되는 경향이 있다.

Gregory는 이를 얼굴 모양의 텅빈 가면으로 이 사실을 시현한다. 실제 가면의 모양을 알고 만져보았더라도, 이런 가면은 대체로 정상으로 보인다 (원문 동영상 참조).

얼굴 모양을 유추해내야만 하는 압도적인 욕구가 내재되어 있는 듯하다. 이는 Helmholtz가 말하는 무의식적 추론 (unconscious inference)과 유사하며, 과거 경험을 바탕으로 한 가정인 것이다.

인식은 애매모호할 수 있다.

한 좋은 예로 넥커 큐브를 들 수 있다. 정사면체의 그림을 계속 쳐다보면 어느 순간 그 모습이 변하기도 한다 (도형 원문 참조).

물체의 모양새는 불안정해지며, 하나의 물리적인 패턴에 대해 두 가지 서로 다른 인식이 가능해진다.

Gregory는 이 물체의 인식이 마치 바뀌는 것처럼 보이는 이유는 뇌에서 가능성이 동일한 두 가지 가설을 생산하여, 둘 중 하나를 선택하지 못하고 있기 때문이라고 한다.

이 경우 감각 정보에는 변화가 없음에도 인식이 변하기 때문에, 모양새의 변화는 bottom-up 과정에 의한 것이 아니다. 무엇이 가깝고 무엇이 멀리 있는지에 대한 우세한 인식 가설에 의해 위에서 아래로 판단 과정이 이루어질 수 밖에 없는 것이다.

인식은 감각을 통해 받아들이지 않은 물체의 특성에 관해서도 행동의 적정성을 보장한다 (Perception allows behavior to be generally appropriate to non-sensed object characteristics).

예를 들어, 우리는 반쯤 열린 문의 경우, 긴 직사각형의 모양만 보이더라도, 그것이 마치 문인 것처럼 인식하여 그에 맞게 반응한다.

지금까지 살펴본 바로 우리는 우리가 받아들이는 정보에 대해 해석을 가하며, 인식은 top-down 과정임을 알 수 있다.

Gregory의 이론에 대한 비판

1. 인식 가설의 성질

인식이 가설 검증을 통해 이루어진다면, 과연 어떤 가설들을 검증하는지에 대해 물을 필요가 있다. 학자들은 새로운 증거를 발견하면 가설을 수정하기도 하는데, 그렇다면 인식의 주체인 우리도 가설을 수정할 수 있는가? 어떤 경우에는, 대답은 그렇다고 볼 수 있다. 아래 그림을 예로 들어보자:

(그림은 원문 참조)

이는 마치 흑백으로 이루어진 의미 없는 패턴처럼 보인다. 하지만, 자세히 보면 이 그림 안에는 얼굴이 숨어 있다. 보이는가? 그림의 상단 중간 정도에 앞을 똑바로 보고 있는 얼굴이 있다. 이제 보이는가? 얼굴은 그늘져 있고 긴 머리와 수염을 가지고 있다.

얼굴을 발견하고 나면, 아주 빠른 속도로 인식 학습이 이루어진다. 이제는 애매모호한 그림을 볼 때마다, 얼굴이 너무나도 당연히 매번 보이기 시작한다. 우리는 자극을 다르게 받아들이는 법을 학습한 것이다.

애매모호한 얼굴 그림에서와 같이, 어떤 경우에는 가설 수정과 인식 사이에 직접적인 연관이 있기도 하지만, 어떤 경우에는 관련성이 명백하지 않을 수 있다. 예를 들어, 정보를 전부 가지고 있는데도 착각이 지속되는 경우가 있다 (뒤바뀐 얼굴, Gregory 1974). 우리가 학습한 지식은 우리의 가설을 조금 더 적정하게 수정할 것을 기대하지만 항상 그러한 것은 아니다. 이렇듯 가설 검증 이론은 학습과 인식 사이의 괴리에 대해 설명하지 못한다.

2. 지각 발달

인식이 기본적으로 top-down으로 이루어지는 과정이라고 주장하는 구성주의자들을 괴롭히는 한 가지 의문은 바로 ‘신생아는 애초에 어떻게 인식하는가?’이다. 우리 모두 과거 경험을 기반으로 현실 세계를 스스로 구성해야 한다면, 우리 모두의 인식 패턴은, 문화권에 상관 없이, 왜 이리도 유사할까? 세계를 인식하는데 개인적인 구성에만 의지하는 것은 인식을 개인마다 서로 다르게 할 가능성을 높이며, 한편으로는 위험성이 다분히 높은 일이다.

구성주의 접근법은 인식에 있어서 지식의 중요성을 강조하며, 따라서 지각 발달의 선천성 접근법에 반한다. 하지만 선천성 접근법을 뒷받침하는 다양한 증거가 있다. 예를 들어 신생아는 모양 항등성 (shape consistency)을 보이며 (Slater & Morison, 1985), 신생아는 또한 다른 어떤 목소리보다 생모의 목소리를 선호하며 (De Casper & Fifer, 1980), 생후 5분에도 무작위로 섞은 얼굴의 요소보다는 정상적인 얼굴 모양을 선호한다는 사실 또한 입증된 사실이다.

3. 감각적 증거

구성주의자들에 대한 가장 중요한 비판은 이들이 현실 세계에서 주어지는 감각 정보의 풍부함을 현격히 과소평가했다는 사실이다 (구성주의자들의 증거는 대부분 연구실에서 확보한 것이다).

Gregory와 같은 구성주의자들은 자신의 주장을 뒷받침하기 위한 증거로 크기 항등성 (size constancy)의 예를 자주 활용한다. 즉, 우리는 망막에 형성된 물체의 이미지가 물체가 멀어질수록 작아짐에도 불구하고, 대체로 물체의 크기를 정확히 판단할 수 있다는 것이다. 그러기 위해서는 감각 정보 이외의 다른 정보가 존재해야만 한다는 것이다.

하지만 현실 세계에서 망막 정보는 연구실에서와는 달리, 대체로 비교 대상이 될 만한 다른 물체와 함께 제공된다. 다른 물체, 배경, 지평선, 움직임 등과 같이 매우 다양한 감각 정보가 존재한다. 이렇듯 감각 정보의 다양성과 깊이는 다음에 살펴볼 감각에 관한 이론, 즉 Gibson이 제안한 직접적 접근법과 관련이 깊다.

Gibson은 인식이 top-down 과정이라는 주장을 강하게 반박하였으며, 시각적 오류에 관한 Gregory의 연구에 대해 인위적인 예라는 점과, 이런 오류를 일으킬 만한 이미지들은 실제로 주변 환경에서 찾아보기 힘들다는 사실을 들어 비판하였다.

Gibson (1966)의 Bottom-Up 이론

Gibson의 bottom-up 이론에서는 인식이 진화를 통해 형성된 내재된 메커니즘에 의해 이루어지며, 별도의 학습은 불필요하다고 보았다. 달리 말해 생존을 위해서는 인식이 필요하며, 인식 없이는 주변 환경이 큰 위험으로 다가올 수 있다는 것이다. 우리의 조상은 위협적인 포식자들로부터 자신을 지켜내기 위한 생존 도구로서 인식을 필요로 했을 것이며, 따라서 인식은 진화의 산물일 가능성이 높다.

James Gibson (1966)은 인식이 직접적이며, Gregory가 주장한 것처럼 가설 검증의 대상이 되지 않는다고 주장하였다. 우리의 환경 속에는 세계를 직접 해석할 만한 충분한 정보가 있다고 보았기 때문이다. Gibson의 이론은 인식이 오직 환경에서 주어진 정보를 바탕으로 이루어진다고 보았기 때문에 다른 말로 ‘생태학적 이론’이라고도 부른다.

Gibson의 주장에 의하면, 감각이 곧 인식이며, 보이는 것이 전부다. 우리가 모양, 크기, 거리 등에 대해 받아들이는 정보는 이미 충분히 세세하므로 이에 대해 추가로 해석을 가할 필요가 없다.

Gibson (1972)은 인식이 bottom-up 과정이라고 주장하였으며, 이는 달리 말해 정보는 언제나 한 가지 방향으로만 해석된다는 것을 의미하기도 한다. 시각 시스템을 통해 가공 전의 감각 데이터에 대한 단순 분석부터 시작하여 단계를 거쳐갈수록 점점 복잡한 분석이 이루어진다.

Gibson 이론의 특징

광학 배열 (The optic array)

Gibson 이론의 시작점은 광학 배열로, 광학 배열이란 눈에 다다르는 빛의 패턴인데, 인식에 필요한 시각 정보를 모두 포함한다.

이 광학 배열은 공간 속 물체의 배치에 대한 명확한 (모호하지 않은) 정보를 제공한다. 빛은 물체의 표면에 반사되어 눈의 각막에 수렴된다.

인식이란 별도의 해석 없이 광학 배열 속에 포함되어 제공되는 다양하고 깊이 있는 정보를 ‘알게 되는’ 작용이다.

움직임, 그리고 각기 다른 각도에서 비추는 빛의 세기로 인해 광학 배열은 수시로 변하는 감각 정보의 원천이다. 따라서 당신이 움직이면, 광학 배열의 구조 또한 변한다.

Gibson에 의하면, 우리에게는 이렇듯 불안정한 감각 정보를 해석할 메커니즘이 이미 갖추어져 있어, 세계를 안정적으로, 의미 있게 바라보고 인식할 수 있게 된다.

광학 배열의 흐름 변화는 어떠한 움직임이 일어나고 있는지에 관한 중요한 정보를 내포하고 있다.

흐름이 어떤 특정 지점에서 오는 것처럼 보인다면, 당신은 그 물체를 향해 나아가고 있다는 것을 의미한다. 광학 배열이 특정 지점을 향해 가고 있는 것처럼 보인다면, 당신은 그 물체로부터 떨어진 곳을 움직이고 있다는 것을 의미한다.

불변의 특성

광학 배열은 관찰자가 움직임에도 불구하고 불변하는 정보를 내포하고 있다. 이런 불변의 특성은 우리에게 필수불가결의 정보를 제공한다.

불변의 특성의 좋은 예로 질감과 직선 원근법(linear perspective)을 들 수 있다.

또 다른 불변의 특성은 수평 비율 관계(horizon-ratio relation)다. 지평선의 아래와 위의 비율은 같은 위치에 서 있는 동일한 크기의 물체에 대해 언제나 동일하다.

행동 유도성 (Affordances)

어포던스란 인식을 돕는 환경 속의 일종의 신호다. 환경 속의 주요 신호로는:

광학 배열 환경으로부터 눈에 도달하는 빛의 패턴

상대적 밝기 더 밝고 선명한 이미지의 물체는 더 가깝게 인식된다

결 구배 (Texture Gradient) 물체가 멀어질수록 질감의 촘촘한 정도가 더욱 작아진다. 표면이 멀어지고 있다는 인상을 준다

상대적 크기 어떤 물체가 눈으로부터 더욱 멀리 움직이면 물체의 이미지는 상대적으로 작아진다. 더 작은 크기의 이미지를 가진 물체는 더 멀리 있는 것처럼 인식된다

겹침 (Superimposition) 한 물체의 이미지가 다른 물체의 이미지를 가린다면, 첫 번째 물체가 더 가까이 있는 것으로 인식된다

시야 속 높이 멀리 떨어진 물체일수록 대체로 시야 속에 더 높은 곳에 위치한다

Gibson (1966)의 인식에 관한 직접 이론에 대한 비평

Gibson의 이론은 현실 속의 인식을 설명해주므로 생태학적으로 매우 유효한 이론이다. 그의 이론은 다양한 방식으로 활용 가능하다. 예를 들어 항공 파일럿에 대한 훈련, 활주로 상의 표식, 그리고 도로 표식 등에서 활용이 가능하다. 그리고 시야가 뚜렷할 때에 대한 인식에 대한 훌륭한 설명을 제공한다. Gibson의 이론은 또한 광학 배열에 포함된 풍부한 정보에 대해 강조하며, 동물, 신생아, 그리고 인간의 인식을 모두 설명할 수 있다.

그의 이론은 오직 환경으로만 인식을 설명하고자 한다는 점에서 환원주의적이다. 또한 뇌와 장기 기억이 인식에 영향을 미친다는 강력한 증거가 있다. 이런 경우에, Gregory의 이론이 훨씬 타당하다고 볼 수 있다. Gibson의 이론은 또한 후천적 학습보다는 선천적 본능을 주로 옹호한다. 이 경우에도 우리가 눈으로 보는 것만으로는 정보가 불충분하며 이미 뇌에 저장된 지식을 추가로 활용해야만 한다는 Gibson의 이론이 선천적 본능뿐만 아니라 후천적 학습 양쪽 모두 뒷받침한다는 데에서 더욱 타당해 보인다.

착시

Gibson의 직접 인식 이론은 환경에 대한 대체로 빠르고 정확한 인식에 대한 적절한 설명을 제공한다. 하지만 그의 이론은 착시에서와 같이 인식이 때로는 부정확해지는 이유에 대해서는 설명하지 못한다. 그는 실험에서 사용되는 인식은 매우 인위적인 인식 상황이라 현실 세계에서는 맞닥뜨릴 확률이 매우 낮다고 보았지만, 이런 해석만으로는 모든 착시를 설명할 수는 없다.

예를 들어 Gibson의 이론은 사람들이 수평적인 거리에 비해 수직적인 거리를 대체로 과대 평가하려는 경향 (오류)에 대해 설명하지 못한다.

Gibson의 이론은 또한 자연적으로 발생하는 착시에 대해서도 설명하지 못한다. 예를 들어, 폭포수를 오래 바라보다가 멈추어 있는 물체로 시선을 옮기면 물체가 순간 반대 방향으로 움직이는 것처럼 보인다.

Bottom-up인가 Top-down인가

인식에 대한 직접 이론이나 구성주의 이론 모두 모든 경우의 인식을 설명하지 못한다. Gibson의 이론은 인식의 주체가 이상적인 조건 하에서 인식했을 때에 주로 타당한 이론으로 자극 정보가 풍부하고 충분한 기간 동안 제공될 때를 가정한다. Gregory의 이론과 같이 구성주의 이론은 이상적이지 않은 조건 하에서 관찰할 때에 주로 타당성이 높다.

Tulving 등은 자극 정보의 뚜렷한 정도와 인식 맥락의 영향을 조작하여 단어 인지 실험을 진행하였다. 자극이 뚜렷해지면 질수록, 그리고 맥락의 양이 늘어나면 날수록, 단어를 정확하게 인지할 가능성이 높아졌다. 하지만, 자극을 제공하는 기간을 늘려 자극이 뚜렷해지면 질수록 맥락 정보가 끼치는 영향이 줄어들어, 자극 정보의 정도가 강하다면, 자극 이외의 정보를 활용할 필요가 줄어든다는 것을 알 수 있다. Neisser (1976)은 top-down 과정과 bottom-up 과정이 상호 작용하여 자극 정도에 대한 가장 타당성 있는 해석을 내놓는다는 인식 사이클 이론을 내놓았다.