동공은 들숨에 작아지고 날숨에 커진다

<span style="color: #333333;">곽노필의 미래창</span>
호흡 따라 달라지는 동공 변화 주기 확인

동공은 숨을 들이쉬기 시작하는 순간 가장 작아졌고 숨을 내쉬는 중간쯤 가장 커지는 것으로 드러났다. 픽사베이

우리 눈의 홍채 중앙에는 작은 원 모양의 검은색 동공이 있다. 우리 안구가 빛을 받아들이는 통로인 이 곳은 실제론 비어 있는 공간이다. 동공이 검게 보이는 것은 동공을 통해 망막에 도달한 빛의 대부분이 흡수되고 반사되지 않기 때문이다.

동공은 우리 눈에 들어오는 빛의 양을 조절하는 역할을 한다. 따라서 어두운 곳에선 동공이 커지고, 밝은 곳에선 동공이 작아진다. 밝은 곳에선 2~4mm, 어두운 곳에선 4~8mm 정도다. 마찬가지 원리로 가까운 곳을 볼 때는 동공이 작아지고, 먼 곳을 볼 때는 동공이 커진다. 또 자율신경이 관장하는 심박수나 호흡, 스트레스 정도 등에 따라서 동공의 크기가 달라지기도 한다.

그중 호흡과 관련해선 동공이 숨을 들이쉴 때 커지고 내쉴 때 작아진다는 게 통설이었다. 그러나 스웨덴 카롤린스카연구소가 실험한 결과 사실은 정반대인 것으로 나타났다고 사전출판 논문 공유집 바이오아카이브에 발표했다.

이번 연구는 기존 연구를 살펴본 결과, 동공 크기에 관한 통설은 마취 상태의 고양이 연구에 근거한 것이라는 걸 발견한 것이 발단이 됐다. 연구진은 실제 사람을 대상으로 동공 크기의 변화를 직접 확인해 보기로 하고 100여명의 실험참가자를 모집했다.

그런 다음 특수 카메라를 이용해 참가자들의 동공 변화를 측정한 결과, 동공은 숨을 들이쉬기 시작할 때 가장 작아지고 숨을 내쉬는 중간쯤 가장 커지는 것을 발견했다.

참가자들이 입으로 숨을 쉬든 코로 숨을 쉬든 마찬가지였다. 또 5분 동안 화면의 한 곳(십자가 모양)을 바라보든, 아니면 십자가 오른쪽이나 왼쪽에 줄무늬 모양의 ‘가보르 패치’를 보여주든 상관이 없었다.

호흡에 따른 동공 크기의 변화. 0도는 흡기(숨 들이마시기) 시작점, 180도는 호기(숨 내쉬기) 시작점이다. 검은색 원 안쪽 그림자는 동공이 작아졌다는 걸, 원 바깥쪽 그림자는 동공이 커졌다는 걸 뜻한다.

시력이 중요한 스포츠 훈련에 활용 가능

연구진은 호흡이 동공 크기에 영향을 미치는 것은 호흡을 조절하는 중추인 뇌간의 일부가 동공과 연결돼 있기 때문일 것으로 추정했다.

그러나 이런 변화 패턴이 들어맞지 않을 때도 있었다. 연구진은 이는 호흡의 영향을 상쇄할 수 있는 다른 요인이 개입됐기 때문이라고 밝혔다.

시력은 동공이 작아질 때 가장 선명하다. 반면 동공이 커지면 작은 변화를 상대적으로 더 잘 감지한다. 연구진은 이번 연구 결과를 토대로 호흡 조절을 통해 의도적으로 동공의 크기를 바꿀 수 있는지 조사할 계획이다. 만약 그것이 가능하다면 시력이 중요한 사격, 양궁 같은 스포츠에서 호흡을 이용한 훈련이 도움이 될 수 있을 것으로 기대했다.

한편 동공의 크기는 작업 기억(단기 기억)과도 상관관계를 갖고 있는 것으로 드러났다. 미 앨링턴 텍사스대 연구진은 대학생 179명을 대상으로 실험한 결과, 특정 과제나 일에 집중할 때 동공이 커지는 것을 발견해 국제학술지 `집중력, 지각 및 정신물리학'(Attention, Perception & Psychophysics)에 발표했다.

연구진은 특히 동공의 확장 정도가 성과와 관련이 있었다고 밝혔다. 성과가 약한 사람들보다 성과가 좋은 사람들의 동공이 더 많이 커졌다는 것이다.

*논문 정보

https://doi.org/10.1101/2024.06.27.599713

The Respiratory-Pupillary Phase Effect: Pupils size is smallest around inhalation onset and largest during exhalation.

DOI: 10.3758/s13414-024-02853-2

Pupillary correlates of individual differences in n-back task performance.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr