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4-2 특수감각계통

소리의 높낮이가 구별되는 원리는?

1 고막의 두께가 진동수에 따라 달라지기 때문
2 귀관이 진동수를 걸러 내기 때문
3 귓바퀴가 진동수를 나누어 받기 때문
4 달팽이의 부위마다 반응하는 진동수가 다르기 때문 ✓ 정답
5 귓속뼈가 진동수에 따라 다르게 움직이기 때문

해설

달팽이관 기저막은 부위별로 반응하는 진동수가 달라 음고를 구별한다

같은 주제 다음 문제빛을 받아들이는 감각세포가 있는 눈의 층은?이 문제가 수록된 문제집[2026 국시대비] 실전 문제로 끝내는 신경과학 문제은행12,900원

소리의 높낮이, 즉 음고(pitch)는 단일 주파수가 아니라 달팽이관 내 특정 부위의 반응 패턴으로 부호화됩니다. 정답은 4번이며, 이는 청각신경과학에서 말하는 장소 코딩(place coding) 원리에 해당합니다. 달팽이관의 기저막(basilar membrane)은 길이 방향을 따라 폭과 강성이 점진적으로 달라지기 때문에, 기저부(base)는 높은 진동수에, 첨부(apex)는 낮은 진동수에 최대로 반응합니다. 이처럼 진동수에 따라 최대 반응 위치가 달라지는 배열을 긴장성 배열(tonotopy)이라고 하며, 달팽이관에서 청각신경을 거쳐 청각피질까지 유지됩니다 ^[3].

근거 자료 ^[3]은 인공와우(cochlear implant) 사용자의 음고 지각을 설명하면서, 내이의 자연스러운 긴장성 진동수 분포가 Greenwood 함수로 기술된다고 밝히고 있습니다. Greenwood 함수는 가청 진동수 스펙트럼을 달팽이관 내 기저막 위 위치에 로그 스케일로 투영하는데, 이는 달팽이관의 부위마다 반응하는 진동수가 다르다는 사실을 정량적으로 보여줍니다. 인공와우 전극 배열에서 각 접촉부에 진동수 대역을 할당할 때 이 Greenwood 함수를 따르는 해부학 기반 피팅(anatomy-based fitting)이 음질과 음악 지각을 개선하려는 최근 접근법이라는 점도, 달팽이관 내 위치-진동수 대응이 음고 지각의 핵심 기제임을 임상적으로 뒷받침합니다 ^[3].

근거 자료 는 인공와우 사용자가 반복률(repetition rate, RP)과 자극 위치(place-of-stimulation, PP)라는 두 가지 코딩 기제를 통해 음고 변화를 지각할 수 있다고 설명합니다. 여기서 자극 위치 코딩은 전극이 달팽이관의 어느 부위를 자극하느냐에 따라 지각되는 음고가 달라지는 원리로, 정상 청각에서 달팽이관 부위별 진동수 반응 차이가 음고 지각으로 이어지는 것과 동일한 논리입니다. 반복률 코딩은 시간적 규칙성에 의존하는 별개의 기제이지만, 위치 코딩이 음고 지각에 기여하는 한 축임을 보여줍니다 .

근거 자료 은 청각피질 뉴런이 기본 진동수(F0)를 어떻게 표상하는지 조사한 연구로, 일부 뉴런이 조화음(harmonic) 스펙트럼 구조에 기반해 F0를 표상한다고 보고합니다. 음고 지각이 단순한 진동수 동조(frequency tuning)와 구별된다는 점을 명시하고 있으며, 이는 달팽이관의 긴장성 배열에서 시작된 진동수 정보가 청각 경로의 상위 단계에서 통합되어 음고로 지각됨을 시사합니다. 달팽이관 부위별 반응 차이가 없다면 청각피질이 F0를 표상할 입력 자체가 형성되지 않습니다 .

오답을 살펴보면, 고막(1번)은 음파를 기계적 진동으로 변환하는 역할을 하지만 두께가 진동수에 따라 능동적으로 달라지지 않습니다. 귀관(이관, 2번)은 중이강과 비인두를 연결하여 압력을 조절하는 통로일 뿐 진동수 여과 기능은 없습니다. 귓바퀴(3번)는 소리를 모아 외이도로 전달하고 일부 방향 단서를 제공하지만 진동수를 나누어 받는 구조가 아닙니다. 귓속뼈(5번)는 고막의 진동을 난원창으로 전달하며 지렛대 원리로 임피던스 정합을 수행하지만, 진동수에 따라 뼈가 선택적으로 다르게 움직이지는 않습니다. 소리의 높낮이 구별은 결국 달팽이관 기저막의 부위별 진동수 반응 차이에서 비롯됩니다 ^[3].

참고 문헌 (논문 출처)

[3]
The Greenwood function shows close alignment with pitch perceived by cochlear implant patients with long, flexible electrode arrays and fine-structure stimulation.일반논문Büchner A, Weller T, Penninger RT, Helpard L, Ladak HM, Agrawal S, Lenarz T, Schurzig D. (2025) · DOI: 10.3389/fnins.2025.1624499

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