귀: 듣기와 균형

가운데귀의 아주 작은 뼈 세 개가 소리를 속귀로 넘겨 주고, 사람의 귀는 1초에 약 20번에서 20,000번 떨리는 소리까지 듣습니다.

공기에서 액체로

누군가 여러분에게 말을 하면, 그 사람의 입 앞에 있는 공기가 1초에 여러 번씩 눌렸다가 늘어났다가 합니다. 이렇게 생긴 압력의 물결이 여러분의 머리까지 건너오면, 귀는 이 물결을 신경이 실어 나를 수 있는 전기 신호로 바꿔야 합니다. 미국 국립난청·의사소통장애연구소(NIDCD)는 이 과정을 여러 단계가 차례로 이어진 사슬로 설명하며, 귀의 각 부분이 그 가운데 한 단계씩을 나누어 맡습니다.

소리의 물결(음파)은 먼저 바깥귀(outer ear)로 들어와 귓길(ear canal)을 따라 고막까지 갑니다. 고막은 고실막(tympanic membrane)이라고도 부릅니다. 소리가 닿아 고막이 떨리면 그 떨림이 가운데귀(middle ear)에 있는 아주 작은 뼈 세 개, 망치뼈·모루뼈·등자뼈로 전해집니다. 이 뼈들의 라틴어 이름(malleus, incus, stapes)은 대략 망치, 모루, 등자(말을 탈 때 발을 거는 고리)라는 뜻입니다. 이 작은 뼈들은 떨림을 더 크게 키운 다음, 안뜰창(oval window)이라는 막으로 덮인 구멍을 거쳐 속귀(inner ear)의 달팽이관으로 보냅니다. 또 가운데귀는 귀관(유스타키오관, Eustachian tube)으로 목구멍과도 이어져 있는데, 이 관은 고막 양쪽의 공기 압력을 같게 맞추는 데 도움을 줍니다.

달팽이관 속

달팽이관(cochlea)은 이름 그대로 달팽이 껍데기처럼 생긴 관으로, 안이 액체로 차 있습니다. 그 길이를 따라 탄력 있는 칸막이인 바닥막(basilar membrane)이 길게 뻗어 있어서, 관을 위쪽과 아래쪽 두 부분으로 나눕니다. 등자뼈가 안뜰창을 밀면 안의 액체가 출렁이고, 바닥막을 따라 물결이 퍼져 나갑니다. 이 바닥막 위에는 감각을 맡는 털세포(hair cell)가 줄지어 앉아 있습니다. 털세포마다 부동섬모(stereocilia)라는 아주 작은 돌기가 한 다발씩 있는데, 이 돌기들은 가장 긴 것부터 가장 짧은 것까지 키 순서대로 늘어서 있습니다. 물결이 털세포를 움직이면 부동섬모가 그 위를 덮은 막에 부딪혀 휩니다. 이렇게 휘면 돌기 끝에 있는 통로가 열리고, 이온이 몰려 들어오면서 전기 신호가 시작됩니다. 그다음 청각 신경(auditory nerve)이 이 신호를 뇌까지 실어 나릅니다.

그렇다면 귀는 높은 음과 낮은 음을 어떻게 구별할까요? 답은 바닥막에 있습니다. 바닥막은 처음부터 끝까지 모든 부분이 똑같지 않습니다. 높은 소리(높은 진동수)의 물결은 안뜰창에 가까운 달팽이관 바닥 쪽을 움직이고, 낮은 소리(낮은 진동수)의 물결은 꼭대기 쪽을 움직입니다. 그래서 어느 자리에 있는 털세포가 반응했는지가 뇌에게 음높이를 알려 줍니다. OpenStax 교과서는 이것을 빛을 여러 색으로 펼쳐 나누는 프리즘에 견줍니다. 범위는 꼭대기 쪽의 약 20 Hz에서 바닥 쪽의 약 20,000 Hz까지입니다. 참고로 1 Hz(헤르츠)는 1초에 한 번 떨린다는 뜻입니다.

균형을 맡는 기관

달팽이관 바로 옆, 같은 뼈 미로 안에는 안뜰계(vestibular system)가 있습니다. 안뜰계는 달팽이관에 있는 것과 같은 종류의 털세포를 쓰지만, 소리 대신 머리의 움직임을 느낍니다. 그중 타원주머니(utricle)와 둥근주머니(saccule)는 머리의 위치와 곧은 방향으로 움직이는 것을 느낍니다. 이곳의 털세포는 젤 속에 박혀 있고, 그 젤 위에는 이석(otolith)이라는 작은 탄산칼슘 결정 알갱이들이 얹혀 있습니다. 머리를 한쪽으로 기울이거나 타고 있는 차가 속도를 내면 이 무거운 층이 뒤처지면서 부동섬모를 휘게 합니다.

세 개의 반고리관(semicircular canal)은 회전을 느낍니다. 반고리관은 액체가 찬 고리 세 개로, 서로 거의 직각을 이루며 놓여 있습니다. 그래서 셋이 함께 머리가 돌 수 있는 모든 방향을 알아챕니다. 각 관 안에는 팽대마루(cupula)라는 젤리 같은 돛이 털세포 무리 위에 서 있습니다. 머리를 돌리면 관 속의 액체가 미처 따라오지 못하고 뒤처지면서 팽대마루가 휘고, 그러면 털세포가 어느 쪽으로 돌았는지 신호를 보냅니다. NIDCD는 균형이 이것만으로 유지되지 않는다고 지적합니다. 균형은 눈, 그리고 다리의 근육과 촉각 수용기에서 오는 신호에도 기대며, 뇌가 이 신호를 모두 한데 합칩니다.

이 내용은 몸의 구조와 작동을 배우기 위한 교육 자료입니다. 의학적 조언이 아니며 진단이나 치료에 쓰지 않습니다.