지각(perception)은 주위의 사물과 사건에 대한 정보를 감각 기관을 통해서 획득하는 과정을 말한다(Sherrick & Cholewiak, 1986). 유기체는 다양한 지각(시각, 미각, 청각, 촉각, 후각) 기전을 통해 움직임을 일으키지만 많은 상황에서 시각을 통해 입력되는 정보가 가장 중요하게 작용하는 것으로 알려져 있다(Abernethy, 1990). 그래서 많은 연구들이 시지각(visual perception) 작용에 중점을 두고 있기도 하다. 하지만, 촉지각(haptic) 역시 상황을 인식하는데 그 중요성을 간과할 수는 없다(Grunwald, 2008; Lederman & Klatzky, 2009).

관련된 연구로서, 두 지각체계의 상대적인 우세(dominant modality)를 알아보는 실험에 의하면 물체의 기하학적(geometric) 특질과 같은 공간적(spatial) 정의는 시각이 상대적으로 우세하지만 표면의 거침과 같은 물질적(material) 특질(Ernst & Banks, 2002)과 관계된 상황에서는 촉각이 더 우세(Gescheider, 1974)하였다. 새로운 움직임의 학습은 일반적으로 시각적 정보에 크게 의존하지만 촉각 정보는 추가적인 자기 수용 감각의 정보를 제공해(Bara & Gentaz, 2011), 촉지각 안내(haptic guidance)를 수반할 때 더 빠르고 정확한 학습을 도모할 수 있는(Milot et al., 2010) 것으로 나타났다. 이는 특정 조건, 즉, 시지각 정보가 차단되거나 사전 정보가 없는 상황에서 촉지각이 과제의 적응과 조율에 핵심적으로 작용(Huang et al., 2007)하고 있을 뿐만 아니라, 다양한 상황(i.e., 컵 들기, 망치질 하기, 탁구 또는 골프와 같이 특정 도구를 활용하는 스포츠 등)에서도 중요하게 작용하고 있음을 의미하였다(Crespo & Reinkensmeyer, 2008; Wulf & Toole 1999). 이러한 맥락에서 연구자들은 어떠한 기전(mechanism)이 촉지각 작용에 기저하고 있는지에 대해 더 많은 관심을 기울이게 되었다(Bara et al., 2011; Milot et al., 2010).

구체적으로 행동적 실험과 뇌영상 기법(fMRI)을 통한 연구에 의하면 촉지각 체계가 시각의 복측 경로와 배측 경로 처리 체계(ventral and dorsal pathway)와 같이 “무엇(what)?“의 지각적 기능을 다루는 체계와 ”어디(where)?”의 지각적 안내를 다루는 체계로 구분되며, 두 체계 간의 기능적 분류에 관한 논의를 조직화 하였다(Chan & Newell, 2008; Reed et al., 2005). 촉지각에서 무엇(what) 처리 체계는 물체의 공간적 배열과 표면온도, 질량 등 서로 다른 많은 특질들을 정확하고 빠르게 인식하는 것으로 결정되는 체계이다(Lederman & Klatzky, 2009). 특히, 이 “무엇(what)?”과 관련된 촉지각 정확성 연구들은 지각작용의 기저로서 무게지각(heaviness perception paradigm)과 관련된 물리적 저항과 운동 감각성에 따른 역동적 촉각(dynamic touch, Gibson, 1966; Loomis & Lederman, 1986)에 관심을 기울였다(Turvey & Carello, 1995). 그리고 손에 잡은 도구의 비시각적 촉지각과 관련하여 무게를 추정하게 하는 핵심적 정보로서 관성 텐서(inertia tensor)라는 중요한 물리적 특질이 관여하고 있다는 것을 보고하였다(Turvey, 1996). 그러나 물체를 손으로 잡고 휘두르는 촉지각(dynamic touch) 상황에서 그 타당성이 검증되어온 무게지각의 중요 특질인 관성 텐서는 일반화를 위한 더 다양한 접근이 요구되고 있기도 하였다(Zhu et al., 2013). 왜냐하면, 접촉 지각을 위한 중요한 논쟁 중 다른 분명한 하나는 우리가 어떻게 접촉을 위치(where)로 구분할 수 있는가에 대한 이해를 포함(Lederman & Klatzky, 2009)하고 있기 때문이다.

신체의 어느 부분에서 자극이 이루어졌는가에 대한 결정이 이루어질 때, 다양한 요소 중에서 ‘어디(where)인가?’를 결정하는 것은 표피에 수용된 기계수용기들( 메르켈소체, 마이스너소체, 파치니소체, 루피니소체)의 연합된 민감성에 의해 이루어진다(Barrows, 1915), 특히 진동을 통한 압력의 감지(the cutaneous sense of pressure)가 매우 중요(Witt, 1975; Wolfe et al., 2008)한 것으로 알려져 있는데, 이러한 압력과 관련하여, 역동적 촉각 연구의 시초로 언급 되어 온 Weber (1834, 1978)의 접촉 감각(The Sense of Touch) 연구에 의하면 무게지각의 경우 이를 결정하는 중요한 특질이 손에든 물체를 움직이기 위한 힘으로서의 저항(resistance to forces acting on the object)뿐만 아니라 피부에 가해진 압력(pressure)을 통해서도 이루어진다고 하였다. 특히, Weber (1834, 1978)는 물체의 질량은 압력과 직접적으로 연결되기 때문에 무게 지각은 피부 압력 감각 기능이라고 간주하였고, 나아가서 Stevens & Rubin (1970)은 질량이 동일 할 때 부피가 커짐으로써 낮아지는 밀도(density)는 피부에 적은 압력을 주어 무게지각이 낮아진다는 피부 자극의 중요성을 강조하였다 .

하지만, 진동을 통한 압력이 중요하게 작용하는 촉지각의 어디를 알 수 있느냐의 문제에서는 물리적 자극으로써 압력의 분포가 핵심적인 지각 특질로 역할을 하는지 충분히 다루어지지 못하고 있다(Amazeen & Turvey, 1996). 다시 말해서, 이를 검증 해 볼 필요가 있다(Millar, 1976, 1994)는 궁금증을 일으키고 있다는 것이다. 왜냐하면 어디에 해당하는 손에 잡은 물체의 접촉 위치지각 또한 자극의 크기(amount of pressure)뿐만 아니라 피부 감각 정보를 통한 자극의 분포(pressure distribution)와도 관계(Shaw & Turvey, 1992)가 있을 것이라 짐작되기 때문이다. 나아가서 동일한 수준으로 변화하도록 조건화된 자극의 크기와 분포에서 충돌에 따른 상대적 가중치(dominant modality)를 비교(Ernst & Banks, 2002)해 볼 필요가 있다고도 생각 하였다. 이는 위치지각 정확성을 결정하는 촉지각 체계 역시 무엇에 해당하는 무게지각과 유사한 맥락의 물리적 특질(관성 텐서)로 상대적 우세성이 설명될 수 있을 것이라 추정되었기 때문이다.

따라서, 본 연구에서는 촉지각의 ”어디(where)?”를 알 수 있느냐의 문제에서 중요하게 작용하는 심리물리적(psychophysical) 속성을 관찰하기 위한 목적으로 다음과 같은 연구가설을 설정하였다. 첫째, 자극 크기 효과의 측면에서 손에 든 물체에 제공된 위치 지각 정확성은 압력의 크기와 유의미한 관계가 있을 것이다. 둘째, 자극 분포 효과의 측면에서 손에 든 물체에 제공된 위치 지각 정확성은 압력 분포와 유의미한 관계가 있을 것이다. 셋째, 자극의 크기와 분포 두 변수의 상대적 우세성의 측면에서, 손에 든 물체에 주어진 위치 지각의 정확성을 결정하는 특질은 압력의 크기보다는 물체를 잡고 있는 손의 회전축을 중심으로 한 압력의 분포와 더 유의미한 관계가 있을 것이다. 이러한 가설을 바탕으로 관찰된 결과는 많은 사전 연구들이 촉지각(haptic)의 운동 감각(kinesthetic) 정보와 피부 감각(cutaneous) 정보가 깊은 연관성을 가지고 있음을 함의하지만(Stevens & Rubin, 1970; Weber, 1834, 1978) 이들을 연결하는 속성을 표면적으로 논의하지 못했던(Millar, 1976, 1994) 부분을 다루어 보았다는 측면에서 높은 가치가 있을 것으로 기대한다.

본 연구는 지각 정확성과 관련한 사전 연구 결과들을 토대로 하고 있다. 특히, 무게지각에서 중요한 것으로 잘 알려진 속성이 주어진 자극의 위치(어디)를 지각하는 상황에서도 중요하게 작용하는지에 주요한 관심을 두었다. 이를 위해 연구대상자는 조건(2수준)별 지정된 높이(3수준)와 거리(3수준)에 따라 각각 다른 크기와 분포로 손에 잡은 도구에 전해지는 자극에 대한 위치 정확성을 추정하도록 요구되었다. 이는 (첫째) 손에든 물체에 자극이 가해진 위치를 보고하는 것이 진동을 통한 피부 압력 크기는 물론 (둘째) 압력 분포에도 영향을 받는지, (셋째) 같은 양으로 변화하도록 조건화 한 두 자극 양식 중 어느 양식에 더 큰 영향을 받는지 알아보고자 한 것이라 할 수 있다. 분석 결과 촉지각의 위치 정확성은 동일한 압력의 분포에서 압력의 크기와 비례하였다<Figure 3>. 그리고 동일한 크기의 압력에서 물체를 잡고 있는 중심축으로부터 접촉지점이 멀어질수록 지각 정확성이 높게 나타났다<Figure 4>. 즉, 위치지각 정확성은 자극의 크기(e)만큼이나 자극의 분포(I)와도 관계하였는데, 이러한 결과는 다음과 같은 특성에 의해 설명될 수 있을 것이다.

자극의 크기 효과: 일반적으로 손으로 들거나 휘두르는(hefting or wielding) 물체의 무게 지각(heaviness)은 중량의 함수(power function of weight) 관계로 증가한다.

하지만, 동일한 중량일지라도 무게 지각은 물체의 부피(volume)에 따라 다른데(log 함수 관계로 감소; Stevens & Rubin, 1970),

무게 지각을 결정하는 핵심적인 특질이 물체의 질량(m)은 물론 손에 잡은 물체의 저항과 관계된 회전 관성 (rotational inertia)과도 관계하기 때문이다(Amazeen & Turvey, 1996).

운동 감각을 통한 무게 지각이 물체의 질량(m = mass)뿐만 아니라 물체를 잡고 있는 회전축(O = location of rotation point)으로부터 위치한 질량(cm = location of the center of mass)의 분포와 관련된 회전 관성과도 관계하는 것처럼 동일한 압력에서 접촉 지점이 회전축으로부터 멀어질수록 더 큰 관성 텐서(inertia tensor)을 일으킨 본 연구의 결과는

자극을 통한 위치 지각 정확성이 압력의 크기뿐 아니라 압력의 분포에도 큰 영향을 받고 있다는 것으로 설명될 수 있는 결과라 할 수 있을 것이다.

자극의 충돌 효과: 본 연구의 실험적 검증에서 손에 잡은 도구의 위치 지각과 관련한 두 입력 양식(압력의 크기와 분포)을 동일한 양으로 조건화하여 비교한 결과 상대적으로 압력의 크기보다 압력의 분포에 더 안정적인 추정을 보이는 것으로 나타났다<Figure 4, Table 3>. 회전축으로부터 멀어질수록 위치 지각 정확성이 증가한다는 시·공간적 정보의 상대적인 기여는 어떤 체계에 근거한 과정일 수 있는지 아래와 같은 논리로 설명될 수 있을 것이다.

먼저, 지각 정확성과 관련된 두 입력 정보 간의 우세성은 표준화(W) 된 변인[i = 자극 강도(e), 또는 자극 분포(I)]의 상대적인 크기에 따라 다르게 나타나는 최적 추정의 물리적 속성(S)으로 수치화 할 수 있다.

유기체의 신경계는 서로 다른 양상의 지각 체계들이 동시에 정보를 받아들여 일치되지 않을 경우 상대적 가중치에 따라 변이가 가장 낮게 추정된 지각 양상(modality)쪽으로 추정의 평균을 최적화하는 경향이 있다(Ernst & Banks, 2002). 관련된 대표적인 예로 동일한 질량의 물체이지만 부피(volume)나 크기(size)가 큰 것을 작은 것보다 더 무겁게 지각(Visual Size-Weight Illusion)한다. 그러나 동일한 질량이지만 직경(diameter)이 다른 두 물체를 보지 않고 손으로 다룰 경우 작은 직경(40mm)을 큰 직경(100mm)보다 오히려 더 무겁게 지각(Haptic Size-Weight Illusion: SWI)한다(Charpentier, 1891). 왜냐하면, 앞에서 논의한 바와 같이 무게 지각의 중요한 특질이 수행자의 내적 정보 통합(Information integration models by Anderson, 1970, 1972), 사전 경험을 통한 중추 기대(Motor command-expectation models by Davis & Brickett, 1977)뿐 아니라 상대적인 크기에 따라 다르게 나타나는 물리적 속성으로서 물체의 밀도 (Density models by Stevens & Rubin, 1970)와도 중요하게 관계하고 있기 때문이다.

손에 잡은 물체의 위치 지각 정확성이라는 본 연구 결과 역시 운동 감각과 밀접하게 관계된 것으로, 위치 지각을 결정하는 압력과 압력 분포 간 양적인 자극 특질이 관성 텐서(inertia tensor)로 잘 알려진 물리적 특질(Amazeen & Turvey, 1996)에 추정의 평균을 더 최적화 한 것으로 볼 수 있다. 지각된 무게(heaviness)가 물체의 질량(mass)과 크기(size)에 관계한다는 Weber (1834, 1978)의 통찰에서부터 기인한 촉지각(i.e., heaviness) 현상은 물체를 잡은 회전 지점(point of rotation)으로부터 질량이 어떻게 분포되어 있는지(mass distribution)에 의해 결정되는 물리적 특질(inertia tensor)로 설명되었다(Turvey, 1996; Carellro et al., 1999; Shockley et al., 2004; Streit et al., 2007; Harrison et al., 2011). 본 연구 결과에서 손에 잡은 물체의 지각된 위치(perceived point)를 결정하는 특질도 회전축을 중심으로 압력이 어떻게 분포하고 있는지에 영향을 받고 있었기 때문에 유사한 물리적 속성(intertia tensor)으로 설명될 수 있다는 견해이다.

다음으로, 이러한 회전 지점의 변화에 대한 압력 분포의 영향력은 손에 잡은 도구에 형성되는 충격 중심과도 관계가 있을 것으로 보인다. Carello et al., (1999)에 의하면 회전 지점의 변화에 대한 질량 분포의 형성(moment of inertia)은 손에 잡은 물체의 충돌과 관련하여 가장 이상적인 타격점(sweet spot)으로 나타나는 충격 중심(center of percussion)의 형성과 깊은 관계가 있다(Solomon & Turvey, 1988; Carello et al., 1999). 본 실험에서 나타난 동일한 크기의 압력에서 접촉 지점이 멀어질수록 가변성이 줄어들고, 접촉 지점 3(Distance 3 = 30cm)이면서 접촉 물체가 떨어지는 높이가 1(height 1 = 10cm)인 경우가 접촉 지점이 1(Distance 1 = 10cm)이면서 접촉 물체가 떨어지는 높이가 3(height 3 = 30cm)인 경우보다 지각 정확성이 높게 나타났다. 이는 촉지각 위치 추정의 오차(absolute error size)와 가변성(variability)이 충격 중심에 가까울수록 줄어든다는 것을 의미한다고 볼 수 있는 결과라고 생각 한다. 이 근접성이 충돌을 통한 추정의 오차와 가변성에 영향을 준 것으로 짐작할 수 있겠다. 이는 곧, 간단한 물리량의 계산으로 추정되는 충격 중심의 위치 정확성(where)과 더불어 수행자에게 무슨(what) 일이 일어나는지와 관련된 중요한 통찰(Lederman & Klatzky, 2009)을 제공할 수 있는 결과라고 생각한다.

결론 및 제언: 본 연구는 손에 든 물체의 지각에 대한 운동 감각적 접근을 바탕으로 하고 있다. 촉지각 정확성 기전(mechanisms)과 관련한 조금 더 구체적인 차원에서 위치 지각 현상을 들여다보고자 하였다. 기존 연구의 움직임과 운동을 통한 물리적 기능 유지라는 일차원적인 상관관계를 지향하기보다 심리·물리적 설계를 통하여 확장될 수 있는 지각적 변화에 대한 주제에 초점을 맞추었다. 이는 촉지각 작용에 대한 다차원적인 접근을 가능하게 할 수 있을 것이며 실험의 설계 및 분석을 통해 나타난 결과들은 촉지각 현상에 대한 사전연구 결과들을 더욱 확장시킬 수 있을 것으로 사료된다. 특히 도구를 사용하는 상황, 즉 비시각적 촉지각 능력의 영향을 많이 받는 종목에서 운동 기구의 제작 및 수행자의 기술 수준을 비교하기 위한 지표이자 더 정밀한 측면에서 효율성을 확보하는 방법으로 기여할 수 있을 것으로 기대한다.