감각과 지각 과정을 이해하기 위해서는 먼저 감각기관의 신경해부학적 구조를 이해하는 것이 중요하다. 이 단락에서는 시감각기관의 신경해부학적 구조를 이해함으로써 감각과 지각의 기본 원리를 이해하기 위한 발판을 마련하고자 한다.
1) 안구의 구조와 망막
인간의 시각 과정에서 가장 초기에 해당하는 눈은 매우 정교하고 복잡한 구조를 가지고 있다. 외부 세계의 사물로부터 반사된 빛은 각막(cornea)과 동공(pupil) 및 수정체(lens)를 지나 유리질(vitreous humor)을 통과하여 감각수용기가 분포하는 망막(retina)에 도달한다. 이 과정에서 망막에 뚜렷한 초점을 맞추기 위하여 수정체는 수정체 주변의 모양체근(ciliary muscle)에 의해 두께가 조절된다. 응시의 대상이 되는 사물은 수정체의 이러한 초점 조절에 의해 망막상의 중심와(fovea)에 뚜렷한 이미지를 맺게 된다.
사물의 이미지와 같은 물리적 자극을 신경신호로 변환하는 과정에는 앞서 언급한 바와 같이 감각수용기의 역할이 매우 중요하다. 시각수용기에는 망막상에 두 가지 종류가 존재한다. 먼저 빛에 매우 민감하여 명암의 급작스런 변화(contrast)나 사물의 움직임(motion)에 민감하게 반응하는 간상체(rod)가 있다. 간상체는 망막상의 중심와 언저리 (parafovea)와 주변부 (periphery)에 고르게 밀집되어 있고 중심와로 갈수록 줄어들거나 사라지게 된다. 반면에 추상체 cone)는 중심와에 주로 밀집된 감각수용기로, 간상체와는 달리 자극의 세부 윤곽(contour)이나 색상에 민감하게 반응하는 특징이 있다.
감각수용기를 거친 신경신호는 수평세포(horizontal cell)와 양극세포(bipolar cell) 및 아마크린 세포(amacrine cell) 등을 거쳐 신경절 세포(ganglion cell)들에 수렴한다. 신경절 세포를 마지막으로 그로부터 뻗어져 나온 시신경 섬유(optic nerve)들은 망막의 일정 부위에 수렴한다. 이 위치를 맹점(blind spot)이라 하는데, 맹점은 시신경 섬유들이 안구의 후면으로 빠져나가는 위치로, 감각수용기가 없어서 시각 자극을 신경신호로 변환하는 과정이 전무하다. 그러나 시지각 과정의 흥미로운 기제 중 하나인 '메워넣기(filling-in)' 현상 때문에 일상생활에서는 맹점의 존재를 거의 알아차리기 힘들다.
2) 안구 이후 시각 정보 처리 경로
맹점을 통해 뻗어져 나온 시신경 섬유 다발은 시교차(optic chiasm)를 경유하여 외측슬상핵(lateral geniculate nucleus)을 거쳐 대뇌의 시각 피질에 도달한다. 시각 경로(visual pathway)의 초기에 해당하는 이 과정에는 대측성(contralaterality)이라는 중요한 해부학적 특성이 존재한다. 시각 정보 처리에서 대측성 원리는, 좌시야의 시각 정보가 우측뇌에서 그리고 우시야의 시각 정보가 좌측뇌에서 처리되는 교차적 특성을 의미한다. 시야의 좌우에 제시된 시각 정보는 각 안구의 중심와를 기준으로 좌시야의 시각 정보는 양쪽 안구 망막의 중심와 우측에, 우시야의 시각 정보는 양쪽 안구 중심와의 좌측에 망막 이미지(retinal image)를 맺게 된다. 각 안구의 중심와를 기준으로 안쪽(nasal sides)에 위치한 망막수용기들은 망막상에 맺힌 이미지를 처리한 신호를 교차적으로 좌우 뇌에 투사하고(좌측 안구 우뇌, 우측 안구 → 좌뇌), 중심와 바깥쪽(temporal sides) 수용기들은 동일 방향의 뇌(좌측 안구 좌뇌, 우측 안구 → 우뇌)에 신호를 투사하게 된다.
결과적으로 시야의 좌측에 제시된 이미지는 좌측 안구의 경우 중심와를 기준으로 안쪽(중심와 우측)의 수용기에 의해 처리되어 우뇌의 시각 피질로 그 결과가 투사되고 우측 안구의 경우 중심와 바깥쪽(중심와 우측)에서 오른쪽 시야의 시각 정보는 왼쪽 뇌로 처리되어 이 또한 우뇌로 투사된다.
반면에 시야의 우측에 제시된 이미지는 좌측 안구의 경우 망막의 중심와 바깥쪽(중심와 좌측)에서 처리되어 이 또한 좌뇌로 투사된다((그림 4-4]에서 짙은 실선), 따라서 좌시야의 정보는 우측 뇌에서, 우시야의 정보는 좌측 뇌에서 처리 하게 된다. 이렇게 분리된 좌우 시야의 시각 정보는 상위 시각 정보 처리를 담당하는 시각피질의 후기 단계까지 일관되게 분리되어 전달된다.
시각피질은 대뇌의 뒷부분에 위치하는데, 여기에 도달한 정보는 색상, 모양, 크기, 운동 등과 같은 세부 특징을 독립적으로 처리하는 것으로 알려져있다. 즉, 시야에 존재하는 물체들이 '무엇인가(what)?' 를 판별하는 경로와 그 물체들이 '어디에 위치하는가(where)?'를 처리하는 경로가 나뉘어 있다. 시각 정보 처리의 통합은 두 경로의 상호작용에 의해 이루어지는 것으로 알려져 있다(Merigan & Maunsell, 1993; Mishkin, Ungerleider, & Macko, 1983).