Нобелови лауреати – 1961 година

Георг фон Бекеши (Georg von Békésy)

3 юни 1899 г. – 13 юни 1972 г.

Нобелова награда за физиология или медицина

(За откриването на физическите механизми на дразнението на кохлеата.)

Немско-американският физик Георг фон Бекеши е роден в Будапеща в семейството на Александър фон Бекеши, дипломат, и Паола (Мазали) Бекеши. Благодарение на дипломатическата дейност на своя баща Бекеши успява да получи наистина разностранно образование в учебните заведения на Будапеща, Мюнхен, Константинопол и Цюрих. Притежавайки от дете добри музикални способности, Бекеши иска да стане пианист, но след това се спира на кариерата на учен. През 1916 г. постъпва в Бернския университет в Швейцария и след известно колебание избира да учи физика. След Унгарската революция през 1918 г. се връща в родината си, както пише по-късно, „за да участва в строителството на нова Унгария“. Служи за кратко време в армията, постъпва в Будапещенския университет и през 1923 г. защитава там докторска дисертация, засягаща въпросите на хидродинамиката. След това започва работа в научно-изследователската лаборатория на унгарското министерство на съобщенията, която се занимава с усъвършенстване на току-що установената унгарска телефонна мрежа.

Поради това, че някои европейски телефонни линии преминават през Унгария, нарушенията в унгарската телефонна мрежа водят до рекламации от други страни. Затова една от първите задачи на Бекеши е да определи кой от трите блока на мрежата – микрофоните, кабелите или телефонните апарати – се нуждае най-много от усъвършенстване. В предварителните си изследвания Бекеши установява, че слабо звено са мембраните на телефонните апарати, които изкривявали силно звуковите колебания за разлика от тъпанчето на ухото. Затова Бекеши започва да изследва подробно физическите свойства на слуховите органи.

Когато попаднат в ушната раковина и във външното слухово отверстие, звуковите вълни се пренасят оттам върху тъпанчето и предизвикват неговите трептения. Тези трептения чрез слуховите костици на средното ухо, които действат като лостове, се предават на кохлеата – спираловидна тръба, разположена в запълнена с течност кухина на вътрешното ухо. По цялата си дължина кохлеата е преградена от основна мембрана: на тази мембрана е разположен така наречения кортиев орган, включващ специализирани сензорно-епителни клетки. При трептенето на основната мембрана тези клетки се възбуждат и предават сигналите на слуховите нерви. Към средата на 20-те години анатомията на вътрешното ухо е вече добре изучена и както пише по-късно Бекеши, задачата на изследователя е сведена основно до това да реши един чисто механичен въпрос: как вибрира основната мембрана при въздействието на звуковото налягане върху тъпанчето. Ако постановката на задачата е сравнително лесна, постановката на конкретните експерименти е значително по-трудна. Кохлеата на човека е много малко образувание (в най-широко си място сечението ѝ не надвишава един сантиметър) и освен това се намира в най-дебелата част на черепа. Нещо повече, както си спомня по-късно Бекеши, „по това време беше общопризнато, че механичните свойства на тъканите на ушите след смъртта се променят бързо и затова е практически невъзможно да се изучат свойствата на вътрешното ухо на човека“. Едно от първите достижения на учения е това, че доказва: подобни промени след смъртта са обусловени преди всичко от обезводняването, поради което структурите на ухото, взети от трупове, могат да бъдат изучени успешно, ако се запазят като приживе във влажна среда. Понеже много свои експерименти Бекеши осъществява върху дребни лабораторни животни както морски свинчета, чиято кохлеа е по-малка от тази на човека, му се налага да разработи нови хирургически инструменти и методики за достъп, проучване, манипулиране и регистриране на активността на различните компоненти на вътрешното ухо.

Това позволява на Бекеши да изследва движенията на основната мембрана. По това време съществуват четири теории, обясняващи възприемането на звуковите с различна височина от ухото. Според едната от тях звукът с определена височина може да предизвика трептенето на строго определен участък от мембраната; втората твърди, че звукът предизвика вълна, преминаваща по дължината на мембраната; според третата теория звукът се отразява от края на кохлеата и образува стационарна вълна; четвъртата гласи, че мембраната трепти като едно цяло. По-късно Бекеши пише: „Макар че в научните справочници се отделяше голямо внимание на разликите между тези четири теории, аз реших да пристъпя към проблема от друга страна и да видя какво е общото между тях“. Бекеши разработва модел на мембрана от гума и доказва, че като променя дебелината ѝ, може да постигне видовете трептения, които предсказва всяка от четирите теории. От това той прави извода, че за да се определи коя от теориите описва правилно дейността на вътрешното ухо, трябва да се измери обемната му еластичност. Опитите на Бекеши доказват, че трептенията на мембраната се извършват по принципа на бягащата вълна.

Основната мембрана не е еднородна; в основата си (близо до средното ухо) тя е по-тънка и по-обтегната, а на върха – по-дебела и по-„провиснала“. Вълната с определена честота, движеща се по кохлеата, предизвиква трептения на всичките участъци на мембраната, но един от тях вибрира по-силно от останалите. Разположението на този участък зависи от честотата на звука: ако звукът е по-силен, той е по-близо до средното ухо, а ако е по-нисък – по-близо до върха. Чрез слуховите нерви мозъкът получава информация за локализацията на максимално вибриращия участък и по този начин различава звуковите с различна височина.

Всички тези изследвания на Бекеши са осъществени в лабораторията на унгарското министерство на съобщенията, където той работи през 30-те години. През 1939 г. Бекеши получава длъжността професор по експериментална физика в Будапещенския университет, но продължава да работи в лабораторията на министерството на съобщенията. В края на Втората световна война Будапеща е силно разрушена от бомбардировките на съюзната авиация и приз 1946 г. Бекеши емигрира, за да продължи изследванията си в шведския Кралски институт. Като работи там една година, той заминава за Съединените щати и постъпва на работа в лабораторията за психоакустика на Харвардския университет.

В Харвардския университет Бекеши продължава да изучава основните биомеханични свойства на вътрешното ухо. Като получава достатъчно информация по въпроса, той разработва разширен модел на кохлеата. Моделът се състои от напълнена с течност пластмасова тръба, в която има мембрана с дължина тридесет сантиметра; когато с помощта на пръчка се предизвика трептене на течността в единия край на тръблата, по мембраната се разпространяват бягащи вълни. Вместо кортиев орган, съдържащ рецепторния апарат на слуховия анализатор, Бекеши използва ръката си, която поставя в тръбата. „Макар че бягащата вълна се разпространява по дължината на мембраната с почти еднаква амплитуда – пише Бекеши, – на мене ми се струваше, че вибрира само един участък от мембраната с дължина 2-3 сантиметра“. Бекеши усеща само върха на бягащата вълна, който при промяна на честотата на звуковите колебания се измества по протежение на кохлеата. “Простият факт, че макар в модела колебанията да обхващат цялата ръка, но само малък неин участък изглежда вибриращ, доказва, че нервното задържане би трябвало да играе важна рола при възприемането на звука“ – завършва Бекеши. Този извод потвърждава предишните му представи за механизма на анализа от ухото на честотата на звуковите колебания. Подобен механизъм може да действа и в кортиевия орган; в полза на това говорят и данните на Дейвид Хюбъл и Торстен Визел, които доказват по-късно със зрителния анализатор, че задържането около максимално възбудена чувствителна област е широко разпространено в нервната система на човека.

Към края на 50-те години Бекеши пресъздава пълната картина на биомеханиката на кохлеата, което довежда до съществен прогрес в диагностиката и лечението на нарушенията на слуха. Благодарение на постигнатото от Бекеши съвременните отохирурзи получават възможността да поставят изкуствени тъпанчета и дори да заменят дребните слухови костици с пластмасови протези.

През 1966 г. Бекеши става професор в Хавайския университет, където работи до края на живота си. Занимавайки се с изследвания на слуховия анализатор, той проявява интерес към закономерностите, общи за всички видове чувствителности, по-специално за осезанието и вкуса.

През целия си живот Бекеши остава неженен, негово влечение е изкуството. Страстен колекционер на произведения на изкуството, особено на източното, той завещава цялата си колекция на Нобеловия фонд.

Освен с Нобелова награда Бекеши е удостоен с медала Лайбниц на Германската академия на науките (1937 г.), с Академичната награда на Унгарската академия на науките (1946 г.) и с медала Хауърд Кросби Уорън на Американското дружество на психолозите-експериментатори (1955 г.). Член е на американската Национална академия на науките и има почетни степени от университета „Вилхелм“ и от Берлинския университет.

Превод от руски: Павел Б. Николов