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- 자연광은 여러 파장의 빛이 혼합되어 L, M, S 원뿔 세포를 다양한 정도로 자극한다.
- 뇌는 이러한 신호의 조합을 통해 모든 색상을 인식
- 피실험자들은 망막에 레이저를 조사(照射)하여 새로운 색상 "올로"를 보았다
- 우리 눈의 원뿔 세포를 특이적으로 자극하여 이전에는 알려지지 않은 색상의 선명하고 픽셀 없는 이미지를 볼 수 있도록 하는 것

올로(Olo): 새로운 색깔을 어떻게 볼 수 있을까요?
표적 망막 자극으로 새로운 색상 인상을 생성할 수 있다.

화면에 표시할 수도, 프린터로 인쇄할 수도 없는 새로운 색상 "올로"다. 전 세계에서 단 다섯 명만이 이 색상을 본 적이 있다. 레이저를 망막에 직접 비췄기 때문이다. 특정 망막 세포에 대한 이러한 표적 자극이 새로운 색상 인상을 만들어냈다. 그렇다면 이 색상은 어떻게 작동할까? 그리고 정말 "새로운" 색상일까?

캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 과학자들은 올해 초 색상 지각에 대한 연구를 진행했고, 외부 연구자 두 명과 함께 실험의 실험 대상자로 참여했다. 레이저, 변형 거울, 변조기, 광 검출기로 구성된 장치를 사용하여 눈의 녹색 빛을 담당하는 색상 세포를 자극했다. 

▲ 원리 및 프로토타입 시스템 개요. (A) 시스템 입력. (i) 분광 유형별로 사전 분류된 103개 원뿔 세포의 망막 지도(7). (ii) 목표 시각 지각(여기서는 어린이 영상, 영화 S1 1:04 참조). (iii) 초당 60프레임 롤링 셔터를 사용한 망막의 적외선 세포 규모 영상. 표시된 세 프레임에 걸쳐 고정된 눈의 움직임이 보인다. (B) 시스템 출력. (iv) 목표 지각을 재현하기 위한 실시간 원뿔당 목표 활성화 수준. 다음을 통해 계산된다. 망막 지도를 기준으로 입력 영상에서 눈의 움직임을 추출. 시야 내 모든 원뿔의 분광 유형을 식별. 목표 지각이 생성했을 원뿔당 활성화를 계산. (v) 목표 활성화 수준을 달성하기 위해 각 원뿔에서 필요한 가시광선 파장 488nm 레이저 마이크로도즈의 강도. (C) 적외선 영상과 가시광선 자극은 AOSLO를 사용하여 망막 영역을 가로지르는 래스터 스캔으로 물리적으로 수행. 가시광선의 강도를 조절함으로써 (v)에 표시된 레이저 마이크로도즈가 전달된다. 도면은 [Harmening and Sincich (54)]의 허가를 받아 수정되었다. (D) 색상 사각형부터 복잡한 이미지까지, 해당 원뿔 활성화 및 레이저 마이크로도즈를 사용한 표적 지각의 예. 청록색 줄무늬 영역은 M개의 원뿔만 자극하는 색상 "olo"를 나타낸다. (출처:Novel color via stimulation of individual photoreceptors at population scale / Science Advances / 18 Apr 2025)

피실험자들은 망막에 레이저를 조사(照射)하여 새로운 색상 "올로"를 보았다. 원래는 매우 강렬한 청록색처럼 보이지만, "채도 수준은 상상을 초월한다"고 연구팀 리더인 렌 응(Ren Ng)과 실험 대상자는 말했다. 연구원은 Olo가 16진수 코드 #00FFCC의 색상에 가장 가깝다고 하지만, 이마저도 근사치일 뿐이라고 했다.

우리가 색상을 보는 방식

"Olo"가 어떻게 만들어지는지 이해하려면 우리의 색상 인식이 실제로 어떻게 작동하는지 살펴보는 것이 좋다. 우리는 일반적으로 세 가지 유형의 원뿔 세포의 도움을 받아 색상을 인식하는데, 이 중 수백만 개는 눈의 망막에 위치한다. 각 원뿔 세포는 서로 다른 파장의 빛에 반응한다. S 원뿔 세포는 파란색, M 원뿔 세포는 녹색, L 원뿔 세포는 빨간색에 가장 강하게 반응한다.

▲ 올로 색상 인상을 만들기 위한 "오즈" 실험에 참여한 연구자 중 한 명. © Austin Roorda/US Berkeley

자연광은 여러 파장의 빛이 혼합되어 L, M, S 원뿔 세포를 다양한 정도로 자극한다. 뇌는 이러한 신호의 조합을 통해 모든 색상을 인식한다. 하지만 한 가지 특이한 점이 있다. 응(Ng)은 "M 원뿔 세포만 활성화하는 빛은 세상에 없다. M 원뿔 세포가 자극되는 순간 다른 원뿔 세포 중 하나 또는 둘 다 항상 반응하기 때문이다"고 말했다.

하지만 이 자연스러운 법칙을 무시하고 레이저로 M 원뿔 세포만 자극하면 어떻게 될까? 응(Ng)의 연구팀은 "오즈(Oz)"라는 기술을 사용하여 이를 알아내고자 했다. "오즈라는 이름은 영화 '오즈의 마법사'에서 따왔는데, 모든 것이 전에 없던 무지갯빛 녹색으로 빛나는 에메랄드 시티로 향하는 여정이 나오는 이야기다"고 응은 설명했다.

에메랄드 시티 엿보기

하지만 레이저로 자극된 "에메랄드 시티"의 녹색을 보기 전에 피험자들은 많은 것을 견뎌내야 했다. 머리와 눈을 완전히 고정하기 위해 막대를 물어야 했다. 그런 다음 연구원들은 각 눈에 대한 일종의 "지도"를 만들어 망막 내 각 원뿔 세포의 위치를 ​​정확하게 기록했다. 원뿔 세포의 배열은 사람마다 다르다.

▲ 오즈 색역의 이론적 모델을 분수 누출과 자극 파장에 따라 나타낸 그림. (A) 분수 누출이 증가함에 따라 색역은 전체 lms 색도 삼각형에서 자극 파장(흰 원)까지 줄어든다. 이 비율은 망막 전체에 걸쳐 달라지는 원뿔 간격에 따라 달라진다. 채색 영역은 인간의 자연스러운 색역이다. (B) 색역은 자극 파장에 따라 색도, 위치, 모양이 달라진다. 가독성을 위해 543nm와 589nm 색역의 추가 사본을 lm 가장자리 옆에 표시했다.

망막 지도를 만들기 위해 연구팀은 적응형 광간섭단층촬영(AO-OCT)이라는 매우 정밀한 방법을 사용했다. 레이저 빛을 세포에 비추고 파장에 따라 세포 모양이 어떻게 미세하게 변하는지 측정했다. 이를 통해 연구진은 실험에서 각 유형의 개별 세포에 자극 레이저 빛을 정확하게 조사할 수 있었다. 녹색 원뿔 세포만 자극했을 때, 참가자들은 새로운 "올로"를 보았다.

올로는 정말 독특한 색일까요?

하지만 "올로"가 단순히 청록색의 특별한 색상 변형이 아니라 완전히 새로운 색이라는 것을 어떻게 증명할 수 있을까? 이를 검증하기 위해 응과 그의 팀은 색상 매칭 실험을 수행했다. 실험 대상자들은 "올로"를 청록색 레이저와 비교하고 백색광을 더하거나 제거하여 채도를 조절했다. 그 결과, "올로"의 채도를 낮춰야 레이저 빛의 순수한 청록색과 비슷해 보인다는 것이 밝혀졌다.

▲ 색상 매칭 실험 중 피험자의 모습. 왼쪽은 실험 장면을 보여준다. 오른쪽은 15초 주기적인 "갱신 기간" 동안 나타난 여러 색상의 모자이크의 예시다. (출처:Novel color via stimulation of individual photoreceptors at population scale / Science Advances / 18 Apr 2025)

응의 동료 제임스 퐁은 "다른 색이 어떻게 이렇게 채도가 높아서 레이저가 상대적으로 희미하게 보이는지 이해하기가 매우 어렵다라 말했다. 그러나 이 실험은 "올로"가 우리가 자연적으로 인지할 수 없는, 진정으로 새로운 색이라는 것을 증명한다.

요점은 무엇일까?

Ng와 그의 연구팀의 연구는 처음에는 기초 연구다. 상업적 응용은 아직 갈 길이 멀다. 그럼에도 불구하고, 그들의 접근 방식은 이 연구가 어디로 향할 수 있는지 보여준다. 목표는 우리 눈의 원뿔 세포를 특이적으로 자극하여 이전에는 알려지지 않은 색상의 선명하고 픽셀 없는 이미지를 볼 수 있도록 하는 것이다. 연구진은 이 시제품을 이러한 방향으로 나아가는 첫걸음으로 보고 있다.

참고: Science Advances, 2025; doi: 10.1126/sciadv.adu1052
출처: 캘리포니아 대학교 버클리

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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