눈에 보이는 것이 언제나 실체를 100% 반영하는 건 아니다. 시신경을 통해 습득한 정보와 뇌에 저장돼 있는 정보를 비교, 처리하는 과정에서 뇌가 착각을 일으키는 경우가 자주 있다. 물체의 원근, 속도, 밝기 등 물체의 상태는 물론 사람의 심리나 신체 상태, 고정관념 등에 따라 사물에 대한 정보가 왜곡된다. 이처럼 사물의 실재와 일치하지 않는 지각 경험을 착시라고 부른다. 모든 지각 경험에는 원칙적으로 어느 정도 착시적 요소가 개입해 있다고 할 수 있다. 따라서 착시 현상은 감각기관의 지각 시스템과 안과 및 신경 질환을 이해하는 데 중요하다.

미국 신경상관학회(Neural Correlate Society)는 새로운 지각 현상을 찾아냄으로써 이에 관한 연구를 촉진하기 위해 2005년부터 해마다 창의적인 착시 작품 온라인 공모전을 열고 있다. 16회째를 맞은 올해 `최고의 착시'(Best Illusion of the Year Contest 2020) 작품에 `3D 슈뢰더 계단'이 뽑혔다. 이 분야에서 이름이 자자한 일본 스기하라 고기치 메이지대 첨단수리과학연구소 연구특별교수의 작품이다.

슈뢰더 계단은 독일 물리학자이자 수학자 하인리히 슈뢰더가 1858년에 처음 발표한 것으로, 보는 시각에 따라 계단이 두 가지 형태로 보인다. 가장 직관적인 형태는 계단이 왼쪽에서 오른쪽으로 내려가는 것처럼 보이는 것이다. 그러나 자세히 들여다 보면 계단이 천정에 거꾸로 매달린 것처럼 보일 수도 있다. 그림을 아래위로 180도 회전시켜 보면 계단이 이런 형태로 보이는 걸 쉽게 알 수 있다(동영상 참조). 이렇게 한 그림에서 물체의 방향이 달리 보이거나 두 개의 개체로 보이는 것을 다의도형(ambiguous figures, 多義圖形)이라고 부른다.

그러나 계단은 실제로는 평평한 표면이다. 일정한 간격으로 각도와 음영을 달리해 뇌에 착각을 불러일으킨 일종의 속임수다. 이런 속임수가 통하는 이유는 우리 뇌가 갖고 있는 고정관념 때문이다. 뇌는 눈 앞에 보인 사물의 실체를 신속히 파악하기 위해 기존의 지식들을 총동원한다. 예컨대 어두운 색은 그림자나 깊은 곳을 뜻한다. 수렴하는 선은 거리감을 반영한다. 이들을 하나로 합치면 그림의 실체와는 상관없이 뇌의 기존 지식에 부합하는 형태의 물체로 인식되는 것이다.

원조 슈뢰더 계단은 평면 그림이었지만 이번에 스기하라 교수는 계단 양 옆에 입체 난간을 만들고, 계단 아래위 양쪽 끝에도 똑같은 높이의 기둥을 세운 입체 종이작품으로 재탄생시켰다.

입체 슈뢰더 계단도 방향 변화에 따른 착시 현상을 일으킨다. 그러나 계단이 놓인 위치가 바닥과 천정으로 각기 달리 보이는 평면 슈뢰더 계단과는 달리, 입체 슈뢰더 계단은 어떻게 봐도 왼쪽에서 아래쪽으로 내려가는 계단 모습이다. 입체 계단의 착시 현상은 계단을 반대편에서 볼 때 생긴다. 반대편에서 봐도 계단 모양이 똑같게 보인다. 옆에 거울을 놓고 거울에 비친 계단을 봐도 같은 현상이 일어난다. 거울을 사용하는 대신 종이작품을 수직 축을 중심으로 180도 회전시켜도 똑같은 착시가 일어난다.

2018년에도 3중 착시 물체로 1등상 받아