Fizikai Szemle honlap |
Tartalomjegyzék |
Békésy György előadása a Nobel-díj átadásakor
Próbáljuk meg nem-tudományos módon művelni a tudományt
A hallásról szóló leginkább gondolatébresztő könyv számomra Helmholtz műve, a "Die Lehre von den Tonempfindungen" volt, amelyet 1863-ban adtak ki. Noha néhány részletét nem erősítették meg, a mai műszeres mérések alapvető elképzelései megőrizték értéküket. Helmholtz módszere, ahogy a fiziológiát és a pszichológiát fizikai kifejezésként tekintette, ma éppoly friss, mint a megírás idején. A halláskutatásban azonban Helmholtz nagyszerű indítását stagnálás követte, az egyetemek majdnem 100 éven át ugyanazt tanították. Az akusztika teljes területe nagyon keveset fejlődött a fizika más területeinek óriási előrehaladásával összehasonlítva.
Ez talán meglepő, hiszen az akusztika és a hullámfogalom befolyásolta a fizika fejlődését, különösen az elméleti fizikáét. Sok példa van arra, ahol akusztikai fogalmak segítségével indítottak új elméleteket. Például a fénysugárzás területén az 1958-as Nobel-díjat kapott Cserenkov, Frank és Tamm felfedezésének modellje a Mach-hullám volt.
Visszatekintve, azt hiszem, nem túl nehéz megérteni a hallás fiziológiájának lassú fejlődését. Az 1. ábra az ordinátatengely mentén a levegőrészecskék és az alaphártya rezgési amplitúdóját ábrázolja az emberi belső fülben olyan hangokra, amelyek éppen hallhatóak az abszcisszán jelölt frekvenciáknál. (Az alapmembrán rezgési amplitúdóit ábrázoltuk, mert a hallóidegek ezen a membránon elhelyezkedő sejtekben végződnek; tehát a hallóideg stimulálásáért várhatóan ennek rezgései a felelősek.) Mint látják, a rezgési amplitúdók rendkívül kicsik. 3000 Hz-nél képesek vagyunk meghallani olyan rezgést, amelynek amplitúdója 100-szor kisebb, mint egy elektronpálya átmérője a hidrogénatomban. Még olyan magas hangnyomásokra is, amelyek a fülben elviselhetetlen fájdalmakat okoznak, magasabb frekvenciákon a rezgési amplitúdók viszonylag kicsik. A legutóbbi időkig nem voltak módszerek ilyen kis amplitúdók mérésére, noha e mérések adják a leglényegesebb adatokat, amelyeken akusztikai kutatások egyáltalán elkezdhetők. Ezen a nehézségen csak erősítő feltalálásával lehetett túllépni.
Elég furcsa, hogy a belső fül mechanikájában végzett kutatásaimban a különböző lehetséges elméletek közötti választásra tervezett perdöntő kísérletekben az erősítés csak kis szerepet játszott. Ami viszont fontos volt számomra: azok az új fogalmak, amelyek a híradástechnika fejlődése során alakultak ki - olyanok, mint csillapítás, tranziens, szűrő sávszélesség, fázistorzulás, nemlinearitás és így tovább. Ezek a fogalmak a tranziensek Heaviside által kidolgozott matematikai kezeléséből származtak.
Helmholtz egy emlékezetes beszédben bemutatta a kutatás két útját: (a) az ingadozó létra, amelyet minden tudósnak meg kell másznia, és (b) a sima királyi út, amelyen az eredményeket a hallgatóság elé tárjuk. Miután Wever már kiadta összes korábbi munkámat ("Experiments in Hearing"), nem ez utóbbiról szeretnék beszélni, hanem néhány olyan dologról, ami a sorok között bújik meg.
Be kell ismernem, hogy soha sem szerettem keményen dolgozni. A vizsgákra való felkészülés olyasmi volt, amit meg tudtam tenni, de gyűlöltem. Még ma is irtózom a határidőktől. De valamire mindig kész vagyok: gyönyörű dolgokat szemlélni. Órákig tudok csodálni egy műalkotást, és meggyőződésem, hogy műveltségem nagy részét különböző országok múzeumainak köszönhetem. (Ezt azért említem meg, mert múzeumi kurátorok ritkán kapnak díjakat.) A múzeumokban ismertem fel először, hogy van valami időtlen szépség, ami a végnélküli háborúk és intrikák ellenére is fennmarad. Egy pávián i.e. 1400-ból (2. ábra) a méltóságnak ugyanazt az érzetét kelti most, mint a szobor elkészültének idején. Egy hettita majom (3. ábra) ugyanolyan gyámoltalannak látszik ma is, mint 5000 évvel ezelőtt, és egy koragörög róka (4. ábra) egy felemelkedő nemzet minden eszességét magán viseli.
Diákéveimben sokat foglalkoztatott az a kérdés, hogy miért olyan nehéz elképzelni valami újat? Mindennapi kérdésem volt, hogy hol vannak a fantázia határai? Kémiai vagy fizikai könyvekben nagyon nehéz felismerni ezeket a határvonalakat. A művészettörténetben azonban könnyen észrevehetőek. A 12. és 15. század között Európában szokás volt dekorációs célokra fantasztikus állatokat ábrázolni. Ha összehasonlítjuk az 5. - 9. ábrákat, meglepő, hogy a fantázia valójában milyen korlátozott. A figurák legtöbbje nem több, mint más figurák részeinek kombinációja. Sokkal eredetibbeket találunk a Közel-Keleten az i.e. első évezred első felében. Ide kérdésem még így is áll: hogyan lehet a tudományban új felfedezéseket tenni, ha képzeletünk ennyire korlátozott?
Leonardo da Vinci rajzainak tanulmányozása során kaptam meg a választ. Ha összehasonlítjuk a virág rajzát a 10. ábrán és a vihar rajzát a 11. ábrán, az lesz a benyomásunk, hogy Leonardo olyan sebességtartományt tudott átfogni, amire ilyen mértékben tudomásom szerint egy művész sem volt képes. Miért? Azt hiszem azért, mert Leonardo nem próbálta meg képzeletével felülmúlni a természetet, hanem épp ellenkezőleg, tanulni próbált a természettől. Ez a nagyon egyszerű felfedezés adta nekem diákéveimben a reményt, hogy idővel talán képes leszek arra, hogy valami maradandót hozzak létre.
Előzetes kísérletek
Az első világháború után az egyetlen magyarországi hely, ahol maradt valami tudományos felszerelés, és ahol beleegyeztek, hogy használhassam ezeket, a Posta Kísérleti Állomás volt. A laboratórium négy emeletet foglalt el, és mi, akik ott dolgoztunk, valamennyien barátok voltunk, akiket a háború utáni élet nagyon kemény tényei kovácsoltak össze. Abban az időben sok fontos telefonvonal haladt át Magyarországon és állandósultak a panaszok, hogy Magyarország nem tartja rendben a vonalait. A telefonvonalak tesztelésének használatos módszere az volt, hogy egy váltófeszültséget alkalmaztak egy Budapestről induló vonalra, hagyták az áramot különböző fővárosokba menni, aztán vissza Budapestre, majd összehasonlították a bemeneti és kimeneti feszültséget különböző frekvenciákra. A beszédfrekvencia teljes tartományának egyetlen kimérése 20 percnél is tovább tartott. Pár perccel a mérés végrehajtása után az esetek többségében a vonalak ismét elromlottak.
12. ábra. A dobhártya rezgése egy nagyon rövid kattanás
után. 13. ábra. Felső görbe: Telefonvevő membránjának válasza hirtelen egyenáram hatására. Alsó görbe: Hifi fülhallgató hasonló
válasza. 14. ábra. A
dobhártya kalapácsnyelének válasza kattanásra, miután a magas rezonanciákat kiszűrték. Ez az eljárás lehetővé teszi a rezgési kép hosszabb idő alatti változásainak precíz
mérését.
Olyan módszert akartam találni, amely egy másodperc alatt végrehajthatja a tesztet. Ötletem az volt, hogy ha egy zenész kipróbálja hegedűjét, megpendít egy húrt és azt azonnal be tudja hangolni. Elméletileg, egy telefonvonalat megpendítve kell, hogy lehetséges legyen a hozzáférés minden adathoz, amit a fáradtságos 20 perces teszttel elérhetünk. Ezért egy kis egyenfeszültség bekapcsolásával egy kattanást küldtem a vonalon keresztül, majd figyeltem a visszatérő jelet. Kiderült, hogy a kezelő kapcsolóján mindig van valami egyenfeszültség-különbség, és hamarosan képes lettem arra, hogy pusztán a kattanásokra figyelve pontosan megmondjam, melyik városban következett be vonalzavar. A kattanások lokalizálása után egy távolsági hívással a panasz megszűnt.
Kicsit később felmerült a kérdés, hogyan javíthatnánk az átvitelt A fülhallgatóra, a mikrofonra vagy a vonalakra fordítsuk-e először figyelmünket? E kérdés tisztázására egy egyszerű, rövid mechanikus kattanást alkalmaztam a dobhártyára és a mikrofonra, és egy elektromos impulzust a fülhallgatóra és a telefonvonalakra. Néhány nappal később világossá vált, hogy fülhallgatóink sokkal gyengébb minőségűek, mint a dobhártya. A 12. ábra a dobhártya átmeneti rezgéseit ábrázolja, miután kitették egy éles kattanásnak. A tranziensek alakjából pontosan meghatározhatjuk a dobhártya különböző rezonanciafrekvenciáit és a szabad rezgések csillapodását. Minél magasabbak ezek a rezonanciafrekvenciák, annál szélesebb az a frekvenciatartomány, amely korrekt módon kerül átvitelre; és minél rövidebb az átviteli idő, annál egyenletesebb a frekvenciaátvitel. A 13. ábra felső fényképe egy telefonvevő membránjának válaszát mutatja egy éles DC impulzus stimulációra; az alsó rajz egy hifi fülhallgató hasonló stimulációra adott válaszát ábrázolja.
Ez a kattanásos módszer egyszerűsége miatt elsődleges fontosságot nyert a belső fül kutatásában. Abban az időben az volt az orvosi szakma általános véleménye, hogy a fül szöveteinek mechanikai tulajdonságai gyorsan változnak a halál beállta után, ezért nincs lehetőség arra, hogy az emberi belső fül mechanikai jellemzőit meghatározzuk. Mivel kezdettől fogva világos volt számomra, hogy ha méréseket végeznénk a belső fülön, 2 vagy 3 évig tartana a szükséges adatok összegyűjtése, ezért a lehető legpontosabban tudni akartam, milyen gyorsan bomlik fel egy szövet. A kattanásos módszerrel olyan nagy pontosságú mérések végezhetők, hogy észlelhető a képlékenység vagy a súrlódás 1 vagy 2 százalékos rendkívül csekély - változása is. A fül szövetein végzett tanulmányaim először a dobhártyára irányultak, mivel a hártya olyan vékony, hogy a fül bármely részében történő változás kiszáradását vagy megereszkedését eredményezi.
15. ábra. Rezgéskeltővel kapcsolatba hozott különböző objektumokban megfigyelt haladó
hullámok.
A szövet tesztelésének első lépése: rögzíteni a dobhártya kalapácsnyelének rezgéseit. Mikor minden magasabb rendű rezgést kiszűrtünk, nagyon szabályos csillapított rezgést kaptunk (14. ábra). A rezgések amplitúdója, csillapodásuk, rezonancia frekvenciáik, és még a csillapodásnak és a rezonanciafrekvenciának az amplitúdóval való változása mikroszkóp vagy komparátor alatt nagy pontossággal mérhető. A módszer ellenőrzéseként napokon át rezgéseket bocsátottunk egy fém membránra, de nem következett be változás.
A szövet vizsgálatakor, elaltatott állatok kengyel-inait és dob-izmait vágtuk el, és a dobhártya tulajdonságainak változását figyeltük meg az állat halála során és után. Ha a relatív nedvességet 100 százalékon tartottuk, még szobahőmérsékleten is csak jelentéktelen változás történt, főleg a súrlódásban. Egy még érzékenyebb speciális módszert fejlesztettünk ki a csiga rugalmas tulajdonságai változásának tesztelésére, újra ugyanezzel az eredménnyel. Ilyen előzetes megfigyelések után nyitva állt az út a csiga mechanikai tulajdonságainak mérése előtt emberben, és az, hogy összehasonlítsuk különböző állatok csigáival.
Haladó hullám
Nagy szerencse volt, hogy Corti és mások nagy anatómiai felfedezései már Helmholtz idejére világossá tették, hogy a hallásban a legfontosabb rezgő szövet a belső fül alaphártyája, mert ezen a hártyán helyezkednek el azok a sejtek, amelyeken az idegvégződések befejeződnek. Későbbi kutatások a belső fül anatómiáját olyan pontossággal írták le, hogy a kérdés, hogyan hallunk, nagyjából egy mechanikai kérdésre egyszerűsödött: hogyan rezeg az alaphártya, ha a dobhártyát színuszos hangnyomásnak tesszük ki? Mivel e rezgéseket senki sem láthatja, számos elméletet dolgoztak ki. Az idő haladtával természetesen minden lehetséges mechanikai rezgés felmerült. Gondoltak rezonáló rendszerekre, haladó hullámokra; álló hullámokra, sőt még arra is, hogy egyáltalán nincsenek hullámok - csak egy meggörbülő hártya.
Most visszatekintve látom, hogy az első kísérletemmel nagy szerencsém volt. Fogtam egy hangvillát, szárát hozzáérintettem mindenhez, amit csak találtam - fonalakhoz, láncokhoz, rugókhoz, hártyákhoz, emberi bőrhöz, folyadékfelszínhez - és stroboszkóppal figyeltem a rezgéseket
(15. ábra). Azt hiszem, a legizgalmasabb felfedezésem az a megfigyelés 'volt, hogy ha a rezgés frekvenciája elég magas, minden tárgyon, amelynek belső rugalmassága van, haladó hullámok jelennek meg. A hullámok a rezgésforrástól a tárgy pereme felé haladtak és onnan többé-kevésbé visszaverődtek. Ezért semmilyen fizikai okát sem láttam, hogy az alaphártyán - ami folyadékba ágyazott kocsonyás tömeg - miért ne lennének haladó hullámok, ha egy részét váltakozó nyomással mozgásba hozzuk
(16. ábra). Különösnek tűnt volna számomra ezeket a kísérleteket közlésre elküldeni egy fizikai folyóiratnak, mivel egy fizikus számára mindez nyilvánvaló volt. Kétséges volt, hogy egy fiziológiai folyóiratnak elküldhetem, mert bármely élettani kézikönyvben csak pár oldalt. kell lapozni, hogy lássák az összefüggést az alaphártya mozgása és az artériák lüktető hullámai között.
16. ábra. A belső fül vázlatos felépítése az alaphártyával, amelyen az érzékeny idegsejtek elhelyezkednek. A dobhártya rezgései a kalapácson keresztül jutnak a belső
fülbe. 17. ábra. Különböző
hullámtípusok.
A következő probléma rendkívül nehéz volt, így egy fiatal Ph.D. minden lelkesedése ellenére félretettem felfedezésemet. Amint a 17. ábrából látható, sok hullám típus van, nem csak egy. Ismeretesek: (a) sűrűsödési hullámok, (b) nyírási hullámok, (c) tágulási hullámok, (d) Rayleigh-hullámok, (e) közönséges hajlítási hullámok. Azt kérdeztem, e hullámok melyike jelentkezik a belső fülben, és melyik járul hozzá a hallószervek ingerléséhez? Világos, hogy ha e hullámok közül több is jelen volna egyidejűleg és ugyanabban a nagyságrendben, további vizsgálataimnak nem lett volna esélye a sikerre. A nehézség az, hogy egy olyan komplex rendszerben, mint amilyen a csiga falai, ha egyfajta hullám a hártya mentén haladva elveszti energiáját, újabb energiát nyerhet egy másfajta hullámból, amelyik nem csillapodott annyira menet közben. Ez az energia-összjáték bármely analízist vagy matematikai kezelést nagyon komplikálttá tenne.
18. ábra. Haladó hullám az emberi alaphártya mentén, bemutatva a környező folyadékban kialakuló
örvényeket.
Lényeges volt megtudni, hogy e hullámok valamelyike nagyságra nézve olyan mértékig felülmúlja-e a többit, hogy azok legalább első közelítésben elhanyagolhatóak. Jól emlékszem a sorsdöntő éjszakára, amikor végül meggyőződtem, hogy legalábbis az alsó frekvenciatartományban, az alaphártya közönséges hajlása megfelelő leírását adja a rezgéseknek, amelyek stimulálják az idegvégződéseket. Hogy méltányoljuk azt az éjszakát, emlékeznünk kell arra, hogy egy tengerimalac teljes belső füle körülbelül akkora, mint egy vízcsöpp a szemcseppentő végén.
Ez az új lehetőség minden figyelmemet az alaphártya rugalmasságára és súrlódására irányította. Elhatároztam, hogy ezeket a változókat emberi és állati halántékcsontokon egyaránt mérem. Összeállítottam egy programot, hogyan fogok továbbhaladni a következő 10-15 évben. Először azt terveztem, hogy mérem és feltérképezem a rezgési amplitúdókat és fázisokat a kengyel talplemezén színuszos erők hatására. Ezután meg akartam határozni azokat a fizikai állandókat, amelyek felelősek e rezgési képekért. Még egy olyan leírásban is, amely csak a hajlítási hullámokról ad számot, a szóban forgó állandók száma olyan nagy, hogy lehetetlen volna mindegyiket mérni. Következésképp, az volt a legfontosabb kérdés, hogy mely változók lennének elegendőek olyan hullámkép előállítására, amely megfelel a belső fülben megfigyelnek? Ennek ismeretében mechanikai modellt konstruálhatnánk, amelyben csak a lényeges, változók szerepelnének. Ha a modell hullámképe azonosnak bizonyulna a belső fülben talált képpel, nyitva állna az út a probléma matematikai megközelítése előtt. Bár nem valószínű, hogy ez egy egyszerű matematikai megoldás lenne, és bőségesen várhatók csapdák a hidrodinamikai részben is; lévén a hidrodinamika köztudottan az a tudomány, amelyben több a paradoxon, mint a törvény.
A 18. ábrán a 200 Hz hanggal stimulált emberi csigában haladó hullám alakja látszik. A rezgési amplitúdó burkológörbéjének maximuma van, de a maximum viszonylag lapos. Ez a laposság azt jelzi, hogy a belső fül nagyon kis mechanikai frekvenciaanalízist végez. Ezt a következtetést magasabb frekvenciákra megerősíti a
19. ábra, amely a burkológörbe maximális elmozdulását mutatja be különböző frekvenciákon. Noha a burkológörbe maximuma lapos, világos, hogy balra tolódik, amint a stimuláció frekvenciája nő.
19. ábra. A maximális rezgési amplitúdó helyének eltolódása az alaphártya mentén különböző frekvenciájú stimuláció
hatására.
E mérések nem voltak egyszerűek, mivel először meg kellett állapítanom, hogy a csiga-fal megnyitása nem zavarja-e meg a rezgési képet. 4 vagy 5 hónapig dolgoztam olyan cementek kifejlesztésén, amelyek víz alatt a csonthoz tapadnak. (Tisztán fizikai szempontból a ragasztók problémái majdnem olyan érdekesek, mint a belső fül és nagyon keveset írtak róluk.) Meglepetésemre, a rezgési kép egészen stabilnak bizonyult. Alig befolyásolja egy nyílás, független a körülötte levő térfogat növekedésétől, és még meg is változtathatjuk a hártya egy részének mechanikai tulajdonságait a maradék rezgési képének megzavarása nélkül. Jelenleg matematikailag nem értjük, miért ennyire stabil a rezgési kép. A természet itt is jóval előttünk jár.
A rezgési képek e megfigyeléseivel (a rugalmassági állandók néhány egészen speciális mérésével együtt, mint amilyen a csiga-fal térfogati rugalmassága) lehetséges volt fémkeretes gumimembránból elkészíteni a csiga modelljét - egy modellt, amely stimulációra pontosan, ugyanazzal a rezgési viselkedéssel válaszolt, mint az igazi csiga-fal. Ezzel a modellel a változók számát a legfontosabbakra tudtam szűkíteni. Az említett mechanikai modell nem keverendő össze egészen más modellekkel, amelyek népszerűekké váltak olyan nem-fizikai tudományokban, mint például a pszichológiában, ahol most próbálják az emberi viselkedés matematikai modelljét kifejleszteni: Utóbbiakat véleményem szerint nem modelleknek, hanem analógiáknak kellene nevezni. E részlet illusztrálására a 20. ábra fényképén egy Görögországban, körülbelül i.e. 1000-ben mintázott arany karkötő látható. Két egymással szembenéző kígyófejet ábrázol. Az az izgalmas tulajdonsága, hogy mindkét fejen csak egy szem van. A művész 3000 évvel ezelőtt érezte, hogy a szituációnak ez a legmegfelelőbb bemutatása, nem pedig az, hogy a fejeknek két-két szemet ad. Nem ismerem a véleményüket, de egyetértek azzal - még ha oly sok év el is telt -, hogy ez egy tökéletes művészi megoldás, még akkor is, ha anatómiailag nem az. Ugyanígy érzek bizonyos viselkedési modellek esetében is.
Korábban említettem, hogy számos halláselméletet javasoltak az évek során, még mielőtt a hullámok rezgési képét lehetségessé vált közvetlenül is megfigyelni a csiga-falon. Ezek az elméletek négy fő osztályba sorolhatók: (a) Helmholtz rezonancia-elmélete, (b) a telefonelmélet, amely feltételezi, hogy a csiga-fal egészként mozog fel és le, (c) a haladóhullám-elmélet és (d) az állóhullám-elmélet. Az elméletek közti sok évtizedes rivalizálás kevés hasznos eredményt hozott.
A kézikönyvek különösen sokat foglalkoztak a négy elmélet közti különbségek kimutatásával, de én megfordítottam a kérdést: közös tulajdonságaikat próbáltam találni. Az eredmény meglepő volt. Kiderült, hogy egyik elméletből folytonosan átmehetünk a másikba, pusztán egy paramétert, a térfogati rugalmasság számértékét megváltoztatva. Így tehát mindezek a látszólag ellentmondó elméletek ugyanahhoz a nagy családhoz tartoznak. Közeli rokonságuk könnyen demonstrálható a gumimembrános fém modellen. Amint a 21. ábrán látszik, csinálhatunk egy gumimembránt, amelynek oldalirányú feszítettsége olyan, hogy a membrán egy ponton való nyomása elliptikus horpadást eredményez; ez a membrán pontosan úgy viselkedik, ahogy a rezonanciaelmélet leírja. Ha a gumimembránt egészen vastagra készítjük, a rajta levő deformációk majdnem köralakúak, mint az ábra második rajzán, és az egész membrán egységesen és egyszerre mozog fel és le, ahogy a telefon elmélet jósolja. Ha a membránt vékonyabbra készítjük, haladóhullámok jelennek meg. Ha a membrán még vékonyabb, a hullámok állóhullámokká válnak. A
22. ábra különböző rezgési képeket mutat, amelyek a membrán térfogati rugalmasságának változtatásából erednek. Világossá vált: annak eldöntésére, hogy a négy elmélet melyike írja le a belső fül tulajdonságait, a térfogati rugalmasságot kell mérni, mivel e változó nagysága határozza meg a képet. Ezeket a méréseket nem nehéz elvégezni, azok megerősítik a haladóhullámok létezését az alaphártya mentén. Ez az egyszerű mechanikai modell sikeresen használható nem csak ezen alapkérdések, hanem néhány nagyon részletes probléma demonstrálására is.
22. ábra. Az összes halláselmélet egy rezgéskép családot hoz léve, csak a hártya feszessége
különbözik.
A matematikai megközelítés - sajnos - sokkal nehezebb, mint a kísérleti. Ezen a területen Fletcher végezte az úttörő munkát. Ranke egészen korán alkalmazta az impulzushullámok elméletét az alaphártya rezgésére és rájött néhány új dologra, amelyek fontosak voltak a kísérletekhez. Újabban a Bell Telefon Laboratórium tudósai is értékes új információkkal járultak hozzá a probléma megoldásához. Könnyű megértenünk, hogy miért olyan nehéz a matematikai megközelítés. A csiga-fal egy hártyából áll, amelynek rugalmas tulajdonságai folytonosan változnak a nagyon feszestől a nagyon lágyig. Jelenleg még nem fejlesztettek ki olyan matematikai eszközöket, amelyekkel hullámmozgást kezelhetnénk ilyen folytonosan változó közeg mentén. A hullámok terjedése néha különös és paradox. Ugyanezt látjuk az optikában is, ahol a fény köríven halad, ha folytonosan változó optikai tulajdonságú közegen át terjed, teljes ellentmondásban a fénysugár egyenes útjáról való elképzeléseinkkel.
Szintézis
Mivel a lényeges változók és azok nagysága kéznél volt, lehetővé vált a csiga felnagyított modelljének építésére gondolni. Általános gyakorlat kis repülő- és hajómodellekkel kezdeni, hogy kipróbáljuk teljesítményüket, és ha megfelelőek, jól ismert szabályok szerint felnagyítjuk őket végleges méretükre. Minden modern repülőgépet ilyen módon szerkesztenek. A csigához speciális szabályrendszert kellett kifejleszteni, ezt pedig Diestel tette meg Erwin Meyer göttingeni laboratóriumában. Néhány módosítás után a modell végső változata egy vízzel töltött műanyagcsőből és egy 30 cm hosszú membránból állt. Ha ezt rezgéssel stimulálják, ugyanolyan típusú haladóhullámokat mutat, mint amilyenek a normális emberi fülben látszanak. A használható frekvenciatartomány két oktáv.
23. ábra. Az emberi csiga felnagyított modellje idegcsatlakozással. Nagyon közeli analógiát mutat a hallás során megfigyelt
jelenségekkel.
Mivel könnyen haladtunk előre, elhatároztam, hogy tovább lépek és csinálok egy belsőfül-modellt, idegekkel kiegészítve. Egy korábbi próbálkozás, hogy békabőrt használjak az idegek pótlására, célszerűtlennek bizonyult, így egyszerűen a karomat helyeztem a modellel szembe (23. ábra). Noha a haladó hullámok a membrán teljes hossza mentén majdnem azonos amplitúdóval futottak, csak egy egészen lapos maximummal egy pontban, az érzékelések a karom mentén, meglepetésemre, teljesen mások voltak. Az volt az érzésem, hogy csak a membrán egy 2-3 cm hosszú része rezeg. Mikor a gerjesztő rezgés frekvenciája növekedett, az érzékelt rezgés helye elmozdult a dugattyú felé (az ábra jobb oldalán), ami a fül kengyel talplapját szemlélteti; és mikor a frekvencia csökkent, az érzet területe az ellenkező irányba mozdult el. A modellen megtalálható egy neuro-mechanikai frekvenciaanalizáló rendszer összes tulajdonsága, alátámasztva korábbi nézetünket a fül frekvenciaelemzéséről. Meglepetésem még nagyobb volt, amikor kiderült, hogy színuszos rezgések két periódusa elég ahhoz, hogy élesen lokalizált érzetet eredményezzen a bőrön, éppolyan éleset, mint folyamatos stimuláció esetén: Ez teljesen megegyezik Savart megfigyelésével, aki azt találta, hogy egy hang két periódusa elég információt ad a hang magasságának meghatározásához. Az évszázados probléma, hogy a fül frekvenciaelemzést mechanikailag vagy idegileg valósítja meg, így megoldhatóvá vált; e kísérletekből nyilvánvaló lett, hogy a fülben neuro-mechanikai frekvenciaanalizátor van, ami egy előzetes mechanikai frekvenciaanalízist kombinál az érzékelési terület rákövetkező élesedésével.
Azt hiszem, kutatásom legboldogabb időszaka volt, amikor hozzáláttam, hogy megismételjek minden nagy kísérletet, amelyet a múltban a fül tulajdonságaival kapcsolatban végeztem, de most már az idegekkel kiegészített modellfülön. Minden kis részlet megismétlődött a húron. Semmi sem volt gyümölcsözőbb számomra, mint kis eltérésekre koncentrálni, amelyeket szerettem vizsgálni és amelyeket lassan eltűnni láttam. Ez mindig azt az érzést adja nekem, hogy jó nyomon járok, egy új nyomon.
Az az egyszerű tény, hogy a modellen az egész kar vibrál (amint ez stroboszkopikus megvilágításnál látható), de csak egy nagyon kis részt érzékelünk rezegni, bizonyítja, hogy az idegi blokkolás fontos szerepet játszik. További vizsgálatok kimutatták; hogy a bőrre alkalmazott helyi stimuláció a stimuláció helye körül erős blokkolást eredményez. Ez igaznak tűnik nemcsak a bőrre, de a fülre és a retinára is. Ez önkéntelenül arra vezetett, hogy vizsgálni kezdjem a fül, a bőr és a szem közötti analógiákat. Lehet, hogy nincs túl messze az az idő, amikor ennek a három érzékszervnek - fül, bőr és szem -, amelyek eddig olyan élesen elkülönültek a fiziológiai irodalomban, közös fejezeteik lesznek. Ez az érzékszervek leírásának egységesítése felé vezetne.
Az előadás szövegét a Nobel Alapítvány engedélyével közöltük.
