[청각이야기] 우리가 듣는 방식 이해하기 - 단계별 설명

핵심 내용 :
· 청각은 소리 파동이 외이로 들어오면서 시작됩니다.
· 중이와 내이는 소리 파동을 전기 신호로 변환하는 데 도움을 줍니다.
· 이 전기 신호는 청신경을 통해 뇌로 전달되어 처리되고 해석됩니다.
· 청력 손실은 이 과정의 어느 단계에서든 문제가 생길 경우 발생할 수 있습니다.

 

잠시 생각해보면, 우리 몸이 소음을 '소리'로 변환하는 능력은 정말 놀랍습니다. 그런데 이 과정은 정확히 어떻게 이루어질까요?

우리 사람이 '듣는' 과정을 단계별로 정리해 보았습니다. 소리 파동이 외이에 도달하는 순간부터 중이와 내이를 거쳐 의미 있는 신호로 바뀌고, 그 신호가 뇌로 전달되기까지의 여정입니다. 우리의 뇌는 이 신호들을 사용하여 외부 세계를 정리하고 소통합니다.

 

인간의 청각 방식 : 간략한 개요

[이미지] 청각 기본원리 -출처 : Healthy Hearing

 

1단계 : 소리 파동이 귀로 들어옵니다.

소리가 발생하면, 그것은 외이로 들어오게 됩니다. 외이는 이개(pinna) 또는 귓바퀴(auricle) 라고도 불립니다. 이개는 귀의 겉으로 보이는 부분이며, 깔때기 같은 모양은 매우 정교하게 설계되어 있습니다.

오미드 메디자데(Omid Mehdizadeh)박사(캘리포니아 산타모니카에 있는 Providence Saint John’s Health Center의 이비인후과 전문의)에 따르면, 소리가 이개에 닿으면 소리 파동이 필터링되고 증폭되어 외이도(ear canal) 를 따라 안쪽으로 전달된다고 합니다.

그 다음, 소리 파동은 고막(tympanic membrane)을 때리며 이를 진동시킵니다. 메디자데 박사는 “고막은 종이처럼 얇은 막으로, 소리 파동이 닿는 즉시 진동합니다. 드럼과 매우 유사하죠,”라고 설명합니다.

 

2단계 : 소리는 중이(中耳)를 통해 이동합니다

고막 뒤에는 중이라는 귀의 부분이 있습니다. 이 부위에서는 소리 파장이 내이(內耳)로 전달되기 전에 증폭됩니다.

이 과정은 다음과 같이 진행됩니다: 고막은 이소골이라고 불리는 세 개의 작은 뼈들과 연결되어 있습니다. 이 세 개의 뼈는 인체에서 가장 작은 뼈들이기도 합니다. 고막이 소리 파장에 반응하여 진동하면, 이 뼈들도 함께 움직이게 됩니다.

고막에 직접 연결된 뼈는 추골(槌骨, malleus, 일명 '망치뼈')이며, 이 뼈의 다른 쪽 끝은 침골(砧骨, incus, '모루뼈')과 연결되어 있습니다. 침골은 다시 등골(鐙骨, stapes, '등자뼈' 또는 '발판뼈')과 연결되어 있습니다. 이소골의 별명은 각각의 뼈 모양에서 유래했습니다.

마지막 뼈인 등골은 중이와 내이를 구분하는 막인 타원창(oval window)과 연결되어 있습니다.

 

《사이언티픽 아메리칸(Scientific American)에 따르면, 이 세 뼈의 배열은 지렛대(lever)처럼 작용하여, 비교적 큰 고막(tympanic membrane)에서 비교적 작은 타원창으로 소리 에너지를 전달하면서 그것을 증폭시킬 수 있도록 돕습니다.

 

3단계 : 소리는 내이(달팽이관)를 통해 이동합니다

등골에서 전달된 진동은 타원창을 밀어내며, 달팽이 모양의 내이인 달팽이관(cochlea) 안의 액체에 압력파를 생성합니다. 이 달팽이관은 코르티 기관(organ of Corti)을 포함하고 있습니다.

코르티 기관에서는 진동이 마침내 청각세포(일명 '유모세포', stereocilia)라 불리는 세포에 의해 전기 신호로 변환됩니다.

 

[이미지] 달팽이관 내부구조 -출처 : Healthy Hearing

 

달팽이관을 따라 늘어서 있는 작은 유모세포(hair cells)는 각기 다른 주파수에 반응합니다. 예를 들어, 많은 사람들이 고주파수 청력 손실을 겪는데, 이는 높은 음역대의 소리를 듣기 어렵게 만듭니다. 이는 고주파수를 감지하는 유모세포가 손상되었음을 의미합니다. (비교적 드물긴 하지만, 저주파수나 중간 주파수에 대한 청력 손실을 겪는 사람들도 있습니다.)

미국 질병통제예방센터(CDC)에 따르면, 사람은 약 16,000개의 유모세포를 가지고 태어납니다. 이 유모세포들은 소리 파장의 진동을 전기 신호로 변환하며, 이렇게 생성된 신호는 복잡한 신경 섬유 경로를 따라 뇌로 전달됩니다.

참고 : 유모세포는 청각에서 매우 중요한 역할을 하지만, 동시에 매우 연약한 구조입니다. 큰 소리는 유모세포를 손상시키거나 파괴할 수 있으며, 일단 파괴되면 복구되지 않습니다. 이로 인해 소음성 난청이 발생할 수 있습니다. 유모세포가 소음에 노출되는 것은 마치 허리케인 속에서 쓰러지지 않으려는 나무들과 같다고 할 수 있습니다.

 

4단계 : 당신의 뇌가 신호를 해석합니다.

소리의 진동이 털세포에 의해 전기 신호로 변환된 후, 이 신호는 청신경을 따라 뇌의 청각 피질(auditory cortex)로 전달됩니다.

 

[이미지] 청각 경로 - 출처 : Healthy Hearing

 

소리 처리 과정은 달팽이관과 뇌에서 모두 일어나는 것으로 보입니다, 라고 메흐디자데 박사(Dr. Mehdizadeh)는 말합니다. 하지만 그는 대부분의 신경학적 소리 처리 과정은 뇌에서 일어난다고 덧붙입니다.

미국 국립보건원(NIH)에 따르면, 감각 신경세포(sensory neurons)로 알려진 뇌세포들이 소리 정보를 시상(thala mus), 측두엽(temporal lobe), 그리고 청각 피질(auditory cortex)을 포함한 여러 뇌 영역으로 전달한다고 합니다. 이들 영역은 청각 경로(auditory pathways)로 알려져 있습니다.

청각 경로는 소리를 처리하고 해석하여, 질문, 자동차 경적, 음악과 같은 의미 있는 정보로 바꿉니다. 또한, 주변에서 발생하는 중요한 소리와 덜 중요한 배경 소리를 구분하고, 소리의 방향과 위치도 판단하는 데 도움을 줍니다. 청각 기능의 많은 부분은 평형 기관(vestibular system)과도 밀접하게 연결되어 있는데, 이 기관은 내이의 반고리관(semicircular canals) 안에 위치합니다.

“소리를 받아들이고 해석하는 뇌의 영역은 매우 다양합니다,”라고 메흐디자데 박사는 말합니다.

하지만 소리와 관련된 뇌의 작용은 아직도 연구 중인 부분이 많습니다. 예를 들어, 이명(tinnitus, 귀울림)은 매우 흔함에도 불구하고, 그 원인과 정확한 뇌 작용은 여전히 명확히 밝혀지지 않았습니다.

 

일반적인 청각 장애

"인간이 소리를 듣는 이 복잡하고 여러 단계에 걸친 과정 덕분에, 그 어느 한 부분에서라도 문제가 생기면 청각에 이상이 생길 수 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다" 라고 메흐디자데 박사는 설명합니다.

소리 전달을 방해하는 어떤 요인이라도 청력 문제를 유발할 수 있습니다.

다음은 청력 손실의 유형과, 문제가 시작되는 위치를 기준으로 나눈 분류입니다.

 

전음성 난청(Conductive hearing loss) : 이는 소리가 외이 또는 중이를 제대로 통과하지 못해 발생하는 청력 손실로 정의됩니다. 이 유형의 난청은 손상된 고막, 귓구멍에 끼인 과도한 귀지, 귀 감염 등 다양한 이유로 발생할 수 있습니다. 의학적 치료나 수술을 통해 이 유형의 난청이 해결되는 경우도 있습니다.

 

감각신경성 난청(Sensorineural hearing loss) : 가장 흔한 유형의 청력 손실로, 내이에 존재하는 작은 털세포 또는 청신경의 손상으로 인해 발생합니다. 연령 관련 청력 손실과 소음성 청력 손실이 이에 해당합니다.

 

혼합성 난청(Mixed hearing loss) : 이름에서 알 수 있듯이, 이 유형의 청력 손실은 전음성 난청과 감각신경성 난청이 결합된 형태입니다. 시간이 지나며 발생할 수도 있고, 갑작스러운 외상으로 인해 생길 수도 있습니다.

 

청각 장애(Auditory disorders) : 청신경과 뇌 안에서 발생하는 여러 유형의 청력 손실이 있습니다. 이러한 유형의 청력 손실을 가진 사람들은 표준 청력 검사에서는 아무 문제가 없을 수 있지만, 여전히 소리가 잘 들리지 않는다고 느낄 수 있습니다. 이러한 상태에는 청각 처리 장애(auditory processing disorder), 숨은 청력 손실(hidden hearing loss), 청각 신경병 스펙트럼 장애(auditory neuropathy spectrum disorders) 등이 포함됩니다.

 

미국 국립 이과 및 의사소통장애 연구소(NIDCD)에 따르면, 본질적으로 소리는 내이까지는 잘 도달하지만, 뇌로 제대로 전달되지 않는다고 합니다. 이는 털세포 또는 뉴런, 혹은 청신경 자체의 손상 때문일 수 있으며, 유전자가 관련되어 있을 수도 있다고 NIDCD는 설명합니다.

 

보청기가 어떻게 도움이 되는지 — 그리고 한계

보청기는 청력 손실이 있는 사람들에게 큰 변화를 가져올 수 있습니다. 그러나 어떤 청각 전문가에게 물어보더라도, 보청기는 안경과 같지 않다고 말할 것입니다. 즉, 보청기를 착용한다고 해서 안경을 쓰는 것처럼 청력이 원래 상태로 완전히 회복되는 것은 아닙니다.

“사람들은 귀가 무적이라고 생각합니다,”라고 메흐디자데 박사는 말합니다. 하지만 이미 알다시피, 유모세포가 손상되면 귀가 소리를 제대로 전달하지 못하게 됩니다. “사람들은 소리 및 소음으로 인한 청력 손실에 대해 더 잘 인식할 필요가 있습니다,”라고 덧붙였습니다.

가능한 한, 자신의 청력을 보호하고, 큰 소음을 피하며, 청력에 영향을 줄 수 있는 건강 문제를 제때 해결하는 것이 중요합니다.

 

* 출처 : Healthy Hearing

 

 

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