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2016년 4월호

집중력이 필요할 때는 방을 환하게
  글·김경태 (포항공대 생명과학과 교수)

아이들은 자라면서 엄마와 쉼없는 스킨십을 하며 보고 배운다. 걸음마를 배우면서 활동량이 많아지고, 엄마가 하는 말을 흉내 내면서 어휘가 차츰 늘어나며 스스로 표현을 한다. 그러면서 자신의 생각을 또렷하게 말로 표현하기 시작하면서 질문이 많아지고, 이것저것 자신이 원하는 것을 요구할 때는 깜짝깜짝 놀란다. 아이의 지적 수준이 자라는 것을 보면서 부모들은 아이의 교육에 대해 많은 관심을 가진다. 어떻게 하면 아이가 창의적으로 사고하며 올바른 지식을 습득하게 될 건지 고민하게 된다. 특히 아이가 유아원에 들어가면서부터 어떤 교재를 어떻게 가르쳐야 학습능력이 향상될 것인지 궁금해 한다.

그런데 창의적 인재 교육을 위해서는 교육방법도 중요하지만 공부하는 환경을 개선하는 것도 이에 못지않게 중요하다. 공부에 집중하면서 이를 바탕으로 상상력을 키워나갈 수 있는 환경이 필요하다. 공부방의 환경을 고려함에 있어서 여러 인자들 가운데 빼놓을 수 없는 것이 조명이다. 어릴 때 자세가 바르지 못하고 어두운 환경에서 책을 보다 보면 시력이 나빠진다. 특히 성장기의 어린이는 더욱 쉽게 눈이 나빠질 수 있다. 시력이 저하되면 사물이 흐릿해지고 대상에 대한 관심이 줄어들어 산만해진다. 또한 두통까지 수반될 수 있어 학습 능률이 떨어진다. 또한 엎드려 책을 읽거나 공부하는 자세는 아주 좋지 않다. 왜냐하면 안압이 올라가고 자신의 머리로 인해 그림자가 발생하여 어두워지므로 눈의 피로도가 증가하기 때문이다.
눈이 피로해지는 것을 막는 가장 좋은 방법은 최적의 조명상태를 갖추는 일이다. 형광등은 빛이 떨리는 현상이 있어 이에 적응하기 위한 조절근육의 과다 사용으로 인해 눈의 피로가 누적되고 시력이 떨어질 수 있다. 그리고 백열등은 필라멘트를 전기로 발열시킬 때 나오는 빛을 이용하는데, 조도 조절의 어려움이 있다. 그래서 눈에 가장 부담을 적게 주는 조명이 발광 다이오드로 알려진 LED(Light Emitting Diode)이다. LED는 양(+)의 전기적 성질을 가진 P형 반도체와 음(-)의 성질을 가진 N형 반도체를 접합하여 만든다. 이 접합체에 전기를 흐르게 하면 빛이 발생하는 원리를 가지고 있다. 즉, 전기에너지를 빛에너지로 직접 변환할 수 있는 고효율 반도체 소자이다. 이때 반도체 원소의 종류를 다르게 하면 방출되는 에너지양이 달라져 빛의 파장이 다양해진다. 그래서 비소화갈륨 (GaAs)에서는 빨간색 빛을 내며, 질화갈륨(GaN)에서는 파란색 빛이 나오고, 인화갈륨(GaP)으로는 초록색 빛을 만들 수 있다. 가시광선뿐 아니라 자외선, 적외선 파장 영역의 빛을 내는 LED도 반도체의 종류에 따라 만들 수 있다. 특히 빨간색과 초록색의 빛은 일찌감치 만들 수 있었으나 파란색 빛을 만드는 데는 어려움이 많았다. 청색 LED는 질화갈륨 반도체를 사파이어 기판에 증착할 경우 계면이 갈라지는 문제가 있었다.
하지만 나카무라 슈지 박사가 질화갈륨의 실용적 증착법을 개발하여 상용화에 성공하였다. 그래서 청색 LED를 실험실 수준에서 개발한 일본인 과학자들, 아카사키 이사무, 아마노 히로시와 함께 2014년 노벨 물리학상을 공동 수상하였다. 이러한 개발은 마침내 빨간색, 초록색, 파란색 LED를 합쳐 백색광을 만들 수 있게 한 것이다. LED 조명은 백열등에 비해 소비전력이 1/7수준이고, 효율은 약 6.7배나 높다. 그리고 수명은 10만 시간 정도 되므로 수천 시간에 불과한 백열등과 2만 시간의 형광등에 비하면 엄청난 수명을 자랑한다. 또한 크기를 조절할 수 있어 소형의 휴대용 전등도 가능하다. 그리고 반도체 칩 위에 합성수지로 덮개를 씌우기 때문에 유리관에 증기나 가스를 채운 백열등이나 형광등에 비해 견고하여 잘 깨지지도 않는다. 그리고 앞서 얘기한 것처럼 반도체의 조합에 따라 다양한 색상을 만들어 낼 수 있다. 만일 백열등으로 색상을 변환하려면 필터를 사용해서 특정 파장의 빛만 통과하도록 해야 한다. LED는 또 다른 장점이 있는데, 입력 전류의 양을 조절함으로써 광량의 변화를 용이하게 할 수 있어 일정 밝기로 오랫동안 유지할 수 있다. 그리고 신속하게 점등이나 소등이 가능하다. 형광등을 밝히려면 전극의 예열이 필요하고, 반복적인 점등과 소등은 수명에 치명적인 영향을 준다. 그러나 LED는 그렇지 않은 강점이 있다. 그리고 형광등에서처럼 수은을 사용하지 않으므로 환경친화적이고 내구성이 좋아 유지비가 적게 든다. 이처럼 LED는 많은 장점을 가지고 있어서 오랜 시간 책을 보거나 학업에 집중해야 하는 학생들에게는 가장 알맞은 조명이라 할 수 있다.

이와 아울러 공부를 할 때 주위를 밝게 해야 할 이유가 또 있다. 방이 어두워지면 망막의 빛 자극이 줄어들게 되고 이로 인해 뇌의 송과선에서는 멜라토닌 호르몬이 만들어진다. 빛의 신호는 망막을 자극하고, 망막의 시신경은 시상하부로 신호를 일부 보내는데, 특히 시상하부 가운데 시교차상핵(suprachiasmatic nucleus)으로 신호를 보낸다. 이 부위는 빛이 사라지거나 어두워졌다는 정보를 받게 되면 송과선을 자극하여 멜라토닌 호르몬을 생산 분비케 함으로써 수면을 유도하는 것이다. 멜라토닌은 세로토닌으로부터 만들어지는데, 세로토닌은 낮 동안 우리로 하여금 깨어 열심히 활동하게 만드는 신경전달물질이다. 따라서 공부방이 어두워지면 우리의 생체는 잠을 자라는 신호로 인식하여 세로토닌의 양을 줄이고 멜라토닌을 만들어내는 것이다. 그러므로 집중해서 공부하는 동안에 뇌가 활발하게 작동하도록 하기 위해서 멜라토닌의 생산 분비를 억제하는 것이 바람직하다. 그러므로 적절한 조도를 가진 밝은 방에서 공부할 때 집중력의 향상을 얻을 수 있다.

광원의 발달과정을 보면 1세대는 불을 사용하였고, 2세대는 백열전구가 발명됨으로써 조명의 혁명을 가져 왔다. 그리고 3세대는 형광등에 의한 빛으로 볼 수 있고, 제 4세대는 LED 빛의 개발로 이어져 조명 기술의 혁신을 가져왔다. 그런데 이들 빛 외에 우리에게는 또 다른 빛이 필요하다. 다윗은 시편에서 “여호와는 나의 빛이요 나의 구원이시니 내가 누구를 두려워하리요 여호와는 내 생명의 능력이시니 내가 누구를 무서워하리요”(시 27:1)라고 노래하였다. 나를 지으시고 나를 사랑하시는 하나님이 나의 빛이라는 사실을 기억해야 한다. 빛이신 하나님이 바로 나의 구원이시며, 나에게 생명을 주시는 능력이 된다. 하나님의 빛이 나에게 비춰지지 않는다면 나는 영원히 흑암 속에서 지내야 한다. 영원한 생명의 희망도 없이 잠시 육신을 입고 이 땅에 살다 가버리는 부질없는 존재가 되고 만다. 또한 죽어서도 영원히 하나님과 사귐이 없는 음부에서 고통 가운데 슬피 울며 이를 가는 시간을 보내야 한다. 진토에서 나를 건지시고 하나님의 영화로운 자녀로 삼아 주신 것은 숨이 넘어가는 순간까지 감사하고 찬양해도 모자란다.
시편기자는 이렇게 노래한다. “주께서 내 생명을 사망에서 건지셨음이라 주께서 나로 하나님 앞, 생명의 빛에 다니게 하시려고 실족하지 아니하게 하지 아니하셨나이까”(시 56:13)라고 했다. 나를 영원한 죽음에서 건지시고 하나님 앞에서 생명의 빛 가운데 다니게 하셨다. 나는 빛이 없으나 하나님의 빛이 나에게 비침으로써 나는 빛 된 삶을 살 수 있게 된 것이다. 내 힘으로는 할 수 있는 것이 아무것도 없으나 오로지 하나님의 무조건적인 사랑과 대가 없는 은혜로 이런 빛을 누리게 되었다. 하나님께서는 구원의 빛을 누구에게나 비추시길 원한다. 하지만 이 빛의 존재를 인정치 않고 무시하는 자는 어둠의 자리 즉 멸망에 이를 수밖에 없다. 나에게 빛이 되어 내 인생을 영원한 생명으로 이어지게 인도하시는 하나님을 찬양하며 그 빛 안에 살기를 다짐해본다.





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