우리는 환경과 끊임없이 상호작용을 하면서 살아가고 있다. 태어나서 엄마에게 의존하기 위해서는 엄마에게 반응할 수 있어야 하고, 먹이나 짝짓기 상대를 성공적으로 구하려면 그 대상이 어디에 있는지를 찾고 확인할 수 있어야 했다. 이러한 과정은 일차적으로 환경정보를 받아들이는 과정을 기반으로 하고 있다. 환경 속에 있는 다양한 물리적 에너지로부터 필요한 정보를 얻는 과정에서 일차적으로 그 물리적 에너지를 뇌가 이해할 수 있는 전기적 신호로 변화시킨다. 빛이나 소리 에너지 등을 전기적 에너지로 변환시킨 후 이를 뇌로 보내는 과정을 감각(sensation)이라 부른다. 감각기관에서 전달된 감각신호를 바탕으로 우리가 가지고 있는 기존 정보들을 이용하여 주어진 정보가 무엇인지를 이해하는 과정인 지각(perception)이 발생한다.
시각, 청각, 촉각, 후각 그리고 미각 등 5개의 감각을 이용하여 우리는 환경정보를 받아들인다. 그러나 가장 많은 정보를 수용하고 처리하는 것이 시각과 청각이기 때문에 이 장에서는 시각과 청각을 위주로 감각과 지각 과정을 기술할 것이다. 이를 위해 시각 경험과 청각 경험을 일으키는 물리적 자극의 특징, 눈과 귀의 구조와 기능 그리고 입력된 빛으로부터 광수용기를 통해 전기적 신호를 만드는 과정에 대해서 기술할 것이다. 그리고 지각 과정에 대해서는 주로 시각 정보를 중점적으로 다뤄 형태지각, 색채지각, 운동지각 그리고 깊이지각 과정에 대한 논의할 것이다. 이후 안정적인 시각 경험이 가능하도록 하는 항등성 기제에 대해서 살펴볼 것이다.
심리학이 과학의 한 분야로 등장하면서 가장 먼저 이루어진 연구 분야 중의 하나는 환경의 변화에 대응하는 심리적 변화를 측정한 것이다. 감각 경험을 발생시킬 수 있는 최소한의 물리적 에너지는 얼마인지, 그리고 물리적 에너지의 강도 변화에 따라 감각의 강도는 어떻게 변화되는지를 살펴보는 것이었다. 이 과정에서 반드시 필요한 것이 감각 경험에 대한 '측정'이다. 몸무게는 쉽게 저울을 이용하여 측정할 수 있지만 감각은 어떤 방식으로 측정하는 것이 좋을까> 무게나 길이와 같은 물리적인 대상과 달리 감각의 측정치는 변산이 매우 크다. 즉 측정할 때마다 그 결과들에서 차이가 날 가능성이 높다. 1860년 Fechner는 그의 책 [정신물리학의 요소들(Elemente der psychophgsik)] 에서 감각 경험을 측정할 수 있는 방법, 즉 정신물리학적 측정 방법을 제안하였는데 현대의 심리학자도 다양한 분야에서 감각 경험을 측정할 때 여전히 이 방법을 사용하고 있다.
감각 경험의 측정: 절대역과 차이역
감각 경험을 발생시키는 최소한의 물리적인 에너지를 절대역(absolute threshold)이라고 한다. "얼마나 강한 빛을 제공해야 우리는 볼 수 있을까?", "얼마나 작은 공기의 진동이 있어야 우리는 소리를 느낄 수가 있을까?"와 같은 질문이 감각 경험의 절대역에 대한 질문들이다. 이와 달리 두 자극 간 강도 차이를 지각할 수 있는 최소한의 물리적인 차이를 차이역(differnce threshold)이라고 한다. 커피에 설탕을 얼마나 더 많이 넣어야 지금보다 더 달콤하다고 느낄까? 촛불 20개를 켜 놓은 방의 밝기가 더 밝아졌다고 느끼기 위해서는 얼마나 많은 촛불을 추가해야 할까? 이와 같은 질문이 차이역에 대한 질문이다.
논리적으로 절대역의 경우 어떤 물리적 수준 이하에서는 전혀 감각 경험을 못하지만 그 수준을 넘어가면 100% 감각 경험을 할 수 있다고 가정할 수 있으며 이것이 바로 역이라고 얘기할 수 있다. 그러나 실제 우리 감각기관은 동일한 자극 강도에 대해서도 항상 동일한 반응을 산출하지 못해 감각 경험의 변산은 커진다. 그 결과 실제로는 이론적인 역치를 얻을 수는 없다.
절역은 정신물리학적 방법을 통해 측정할 수 있다. 예를 들어, 아주 약한 자극을 제시한 후 자극이 제시되었는지를 관찰자에게 물어볼 수 있다. 이때 실제 자극이 없음에도 불구하고 자극이 제시되었다고 잘못 보고할 수도 있고, 자극이 제시되었음에도 불구하고 이를 알아차리지 못할 수도 있다. 그렇지만 각 자극 강도로 여러 번의 시행을 실시한 후 자극이 탐지된 비율을 그래프로 그리면, 자극 강도가 강해질수록 탐지 확률이 증가하는 그래프를 얻을 수 있다. 이 그래프에서는 지각할 수 있는 자극과 지각할 수 없는 자극을 명확하게 구분할 수 있는 지점은 없지만, 자극이 강해지면서 점진적으로 탐지 확률이 증가하는 것을 볼 수 있다. 탐지 확률이 약 50%에 해당되는 자극 강도를 절대역으로 삼는다. 즉 10번을 시도하면 평균적으로 약 5번 정도 탐지할 수 있는 자극 강도가 절대역에 해당한다. 시각에서 절대역은 맑은 날 밤 약 50Km 거리에 있는 촛불 하나의 밝기를 탐지할 수 있으며, 청각의 경우 조용한 방에서 약 7m 거리에서 시계 초침의 움직이는 소리를 들을 수 있다(Galanter,1962).
절대역을 측정하는 방법으로 차이역도 측정할 수 있다. 예를 들어, 100g의 추(표준자극)가 있을 때 이 무게와 차이가 난다고 지각할 수 있는 추의 무게(비교자극)는 얼마일까? 비교자극을 100g에서 점차 무거운 수준으로 체계적으로 늘여가거나 줄여가면서 비교자극이 무겁다고 느끼는지를 확인할 수 있다. 다양한 무게의 비교자극에서 비교자극이 무겁다고 반응한 비율을 그래프로 그리면 절대역을 측정할 때와 유사한 그래프를 얻을 수 있다. 여기서 비교자극이 무겁다고 보고한 시행의 수가 75%와 25%에 해당하는 무게를 각각 상차이역과 하차이역이라 부르며, 이 자극 강도에 이르면 표준자극의 강도와 비로소 차이가 난다고 느끼는 지점이라는 측면에서 JND(just noticeable difference, 최소 식별차이)라고도 부른다.
차이역의 한 가지 중요한 특징은 비교자극의 강도와 JND의 비는 항상 일정하다는 Weber의 법칙이 성립한다는 점이다.