1899년 6월 3일, 헝가리 출신의 생리학자로 노벨 생리학·의학상 수상자 게오르크 폰 베케시 (Georg von Békésy, 1899 ~ 1972) 출생

1899년 6월 3일, 헝가리 출신의 생리학자로 노벨 생리학·의학상 수상자 게오르크 폰 베케시 (Georg von Békésy, 1899 ~ 1972) 출생

게오르크 폰 베케시 (독: Georg von Békésy, 헝: Békésy György, 1899년 6월 3일 ~ 1972년 6월 13일)는 헝가리 태생의 미국의 생물리학자이다. 1961년에 달팽이관 자극의 물리적 전달 기전에 관한 연구로 노벨 생리학·의학상을 수상했다. 내이의 일부분인 달팽이에서 소리가 분석 · 전달되는 과정을 발견한 공로다.

– 게오르크 폰 베케시 (Georg von Békésy)
.출생: 1899년 6월 3일, 헝가리 부다페스트
.사망: 1972년 6월 13일, 미국 하와이 호놀룰루
.수상: 노벨 생리학·의학상 (1961년), ASA Gold Medal (1961년)

1923∼46년 헝가리 전화체계연구소의 소장으로 있으면서 장거리 통신전달에 대한 문제에 관해 연구했고, 인간의 청각 메커니즘에 관심을 가지게 되었다. 그는 전화연구소, 부다페스트대학교 (1939 ∼ 46), 스톡홀름의 카롤린스카 연구소(1946∼47), 하버드대학교 (1947 ∼ 66)에 있으면서 이에 관해 집중적으로 연구해 2개의 달팽이관 모형과 청각과정을 이해하는 것을 가능케 한 매우 민감한 기구를 만들었다. 이 기구로 특정 형태의 귀머거리를 구별했으며, 그로 인해서 더 적절한 치료법을 선택할 수 있었다.

19세기 중반 이후부터 소리를 듣는 데 가장 중요한 진동성 조직은 두개골의 하부에 있는 기저막 (基底膜)이며, 이것은 달팽이관의 길이만큼 뻗어 있는데 이 막이 달팽이관을 2개의 내부관으로 나눈다는 것이 알려져 있었다. 베케시는 소리가 기저막을 따라서 일련의 파장형태로 이동한다는 것을 발견했고, 이 파장들이 막의 서로 다른 부위들에서 감지된다는 것을 증명했다. 낮은 진동수의 소리들은 달팽이관의 끝부분에서, 높은 진동수의 소리들은 달팽이관 입구 근처나 바닥에서 최대로 감지되었다. 그는 신경 수용기의 위치와 관계된 수용기의 수가 소리의 고저와 크기를 결정하는 데 가장 중요한 요소라는 것을 발견했다. 그는 1966년 하와이대학교의 감각학교수가 되었다. 저서로는 〈청각에 관한 실험 Experiments in Hearing〉(1960),〈감각 억제 Sensory Inhibition〉(1967) 등이 있다.

2012년 10월 9일 파키스탄 북부의 한마을에서 총성이 울려 퍼졌다. 스쿨버스가 정차했을 때 괴한들이 올라타서는 한 여학생에게 총을 난사한 것. 머리와 목에 총알을 맞은 그 여학생은 영국으로 이송되어 두개골 복원 및 인공 달팽이관을 이식하는 수술을 받은 끝에 극적으로 회복되었다. 그 여학생이 바로 2014년 노벨 평화상을 받아 역대 최연소 수상자가 된 말랄라 유사프자이다.
인공 달팽이관의 최초 시술자는 호주의 청각장애인이었던 로더 손더스였다. 그는 1978년에 그래엄 클라크 교수가 개발한 인공 달팽이관을 이식받은 후 호주 국가가 연주될 때 부동자세를 취해 모두를 감격시켰다.
달팽이관은 귀의 가장 안쪽 부분인 내이에 위치한 청각기관이다. 달팽이처럼 생긴 이 기관은 다양한 소리를 각각의 주파수에 따라 구별해 감지한다. 인공 달팽이관을 개발하기 위해선 이 기관의 작동 방식에 대한 이해가 필수다. 달팽이관이 기계적으로 어떤 기능을 하는지 정확히 규명하고, 그 특이한 구조를 밝힌 이는 헝가리 태생의 물리학자인 게오르크 폰 베케시다.

○ 생애 및 활동

1899년 6월 3일 헝가리 부다페스트에서 외교관의 아들로 태어난 그는 스위스 베른대학에서 화학을 공부했다.

그리고 짧은 군 복무 후 부다페스트 대학에서 물리학으로 박사 학위를 취득한 특이한 경력을 지녔다.

졸업 후 헝가리 우체국 연구소에 입사한 그는 원거리 통화의 문제에 관한 연구를 하다가 가장 근본적인 귀의 음향 전달에 관해 연구하기 시작했다.

안개 등으로 시계가 불량할 때 울리는 선박의 기적 소리가 바다에서는 멀리까지 들리는 반면 정작 기적 소리를 내는 선박의 객실 내에서는 들리지 않는 사실에 관심을 가질 만큼 그는 원래부터 소리와 귀의 작용에 대해 호기심이 많았다.

– 병원 부검실을 성가시게 한 과학자

귀의 해부학적 구조에 대한 연구를 시작하면서 그는 병원 부검실의 성가신 존재가 되었다. 의학용으로 기증된 시신을 이용해 거의 매일 연구에 매달렸기 때문이다. 그는 달팽이관의 기저막에서 음향적으로 움직이는 패턴을 관찰하기 위해 고배율의 스토로보스코픽 현미경을 사용해 1/100㎜ 단위로 측정했다. 스트로보스코픽은 진동하는 물체를 연구하는 장치다.
그의 해부학적 연구 대상은 인체뿐만 아니라 기니피그, 닭, 생쥐, 소, 코끼리 등 다양한 동물까지 포함되어 있었다. 한 번은 부다페스트 동물원에서 코끼리가 죽었다는 소식을 듣고 사람을 시켜 귀를 잘라오게 했다. 그런데 코끼리 귀가 워낙 커서 깊은 내이에 위치하는 달팽이관을 잘라오지 못했다. 그러자 베케시는 사람을 다시 보내서 죽은 코끼리 내이 속의 달팽이관을 가져와 실험을 했다는 일화가 전해진다.
외부의 소리가 귀로 들어와 고막을 진동시키면 중이 (中耳)에 연결된 조그만 뼈에서 20여 배로 증폭돼 내이의 달팽이관으로 전달된다. 달팽이관에는 1만 6000개의 실털 같은 유모세포로 된 코르티기관이 있는데, 전달된 음파는 림프액을 진동시켜 달팽이관을 세로 방향으로 분할하는 기저막에 파동을 일으킨다.
그런데 기저막은 세포들 중 한쪽이 고음을 인식하고 반대편으로 갈수록 점점 저음을 인식하도록 배열된 특이한 구조를 갖고 있다. 이러한 구조적 배열을 ‘토노토피’라고 하는데, 이는 각각 진동수와 장소를 뜻하는 그리스어의 합성어다.
즉, 높은 진동수의 음은 기저막 기저부의 좁은 범위에서 인식하고, 낮은 진동수의 음은 기저막 첨부의 비교적 넓은 범위에서 인식한다. 기저막은 중이에 가까운 입구 부분인 기저부에서 첨부 쪽으로 갈수록 점차 폭이 넓어지는데, 첨부의 폭이 기저부에 비해 대략 5배 정도 넓다.

– 청력학 및 진단법 발달시켜

기저부는 짧고 두꺼우며 딱딱하지만 첨부로 갈수록 길고 부드럽다. 마치 몸통이 작고 현이 짧은 바이올린이 높은 음을 내고, 몸통이 크고 현이 긴 콘트라베이스가 저음을 내는 것과 비교해보면 이해가 쉽다.
음파의 진동수에 따라 기저막의 각기 다른 부분이 진동한다는 사실을 처음 주장한 이는 생리 음향학 분야의 개척자인 헬름홀츠 박사다. 하지만 가설에 불과했던 이 이론을 베케시가 최초로 입증한 것이다.
이 밖에도 그는 가느다란 바늘을 전극으로 사용해 기저막에 가해진 국소적인 압력이 다양한 강도로 변형되어 모세포에 가해진다는 사실을 밝혀냈다. 또한 그는 휴식기의 수용체 막에 커다란 전위차가 존재하는 것을 의미하는 ‘와우내전위’도 발견했다.

이러한 공로를 인정받아 그는 1961년 노벨 생리의학상을 수상했다. 그의 발견들은 소리를 신경 전파로 변화시키는 수용체에서의 역학적 현상, 전기적 현상의 분석 및 관계 파악에 중요한 역할을 하였으며, 청력학 및 진단법을 발달시켜 귀 질병 치료에 큰 발전을 이루게 했다.

1946년 헝가리를 떠나 스웨덴 카롤린스카연구소로 간 그는 1947년 미국으로 건너가 하버드대학 정신청각연구소에서 연구를 계속했다. 1966년 하와이대학 교수가 되어 감각학을 가르치기도 했던 베케시는 1972년 6월 13일에 세상을 떠났다.

○ 게오르크 폰 베케시 (Georg von Bekesy) 노벨상 수상 추천문

헝가리 태생 미국의 물리학자이자 생리학자. 베른 대학교에서 화학을 공부하였으며, 1926년에 부다페스트 대학교에서 박사학위를 취득한 후, 부다페스트에 있는 헝가리 우체국 연구소에서 전기통신기술을 연구하면서 청각 작용에 관심을 갖게 되었다. 1946년부터 1947년까지 스웨덴 왕립 카롤린스카 연구소에서 연구하였으며, 1947년부터 1966년까지는 하버드 대학교 정신청각연구소에서 연구하였다. 1966년에 하와이 대학교 감각학 교수가 되었다. 기본적 청각과정 등을 규명함으로써 청력학을 발달시키고, 임상적으로 응용하는 데에 기여하여 귀 질병 치료에 공헌하였다.

– 수상 업적

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1961 was awarded to Georg von Békésy “for his discoveries of the physical mechanism of stimulation within the cochlea”.
1961년 노벨 생리의학상은 “와우관 자극의 물리적 전달기전에 관한 연구”로 게오르크 폰 베케시에게 수여되었습니다.

– 수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.

베케시 박사님은, 바다에서는 수 마일까지 들리는 무중신호 (霧中信號, The fog signal, 안개•눈•폭우 등으로 시계가 불량한 경우나 선박 충돌 등을 예방하기 위하여 기적 또는 다이어폰 등으로 소리를 내는 신호`―`옮긴이)가 객실 안에서는 들리지 않는다는 사실로부터 선상에서 무적 (霧笛, The fog horn, 사이렌, 다이어폰, 기적 등과 같이 압축 공기나 증기로 음향을 내서 신호하는 무중신호`―`옮긴이)이 어떻게 만들어지는지에 관심을 갖게 되었다고, 논문에서 밝혔습니다. 귀의 성질을 분석하는 논문의 서론에 실린 이 일화는 외부의 소리에는 높은 감도를 갖지만 정작 신체 내 가까운 곳에서 나오는 자신의 목소리에 대해서는 낮은 감도를 나타내는 귀의 기능을 설명하고 있습니다. 이와 같은 청각기관의 성질은 특히 큰 강당에서 연설할 때 연설자와 청강자 모두에게 매우 중요합니다. 그러나 여기에 언급한 성질은 베케시 박사님의 연구 주제가 된 고도로 분화된 감각기관의 여러 능력 중 하나일 뿐이었습니다.

사가(The saga, 북유럽의 전통문학을 통칭하는 말, 북유럽 신화―옮긴이)에 보면, 헤임달 (Heimdal, 인간의 수호신―옮긴이)은 잔디가 자라는 소리를 들을 수 있었다고 합니다. 우리의 청각 능력이 그 정도는 아니겠지만, 우리의 귀 또한 고막에 부딪치는 공기분자들을 인식할 만큼 충분히 민감하고, 다른 한편으로는 신체에 진동을 일으킬 정도로 강한 음파의 쿵쿵거리는 소리도 견딜 수 있을 만큼 강합니다. 게다가 말하는 음성, 그리고 악기 소리나 노래 소리의 특징을 구분할 수 있을 만큼 소리를 자세하게 분석할 수 있는 능력도 있습니다.

귀에 부딪치는 소리는 고막을 진동시킵니다. 공기로 가득 찬 중이 (中耳) 안에서 진동은 지렛대 역할을 하는 이소골 (耳小骨)들을 거쳐 액체로 채워져 있는 내이의 달팽이관 (소리의 진동을 전기적 신호로 바꾸어 대뇌에 전달하는 달팽이 모양 기관―옮긴이) 으로 전달됩니다. 이 중 가장 안쪽에 있는 소골인 등골의 족판이 움직여 올라가면 중이와 마주하고 있는 내이의 안뜰창이 열립니다. 그리고 용액의 진동은 달팽이관을 세로 방향으로 분할하는 이른바 기저막으로 전달되는데, 이 막 전체에는 끝이 가늘고 털이 나 있는 기둥 모양의 감각세포가 분포합니다. 이 수용체 세포 또는 모세포에 의해 기저막의 진동에 의한 역학에너지가 신경전파를 일으키는 특별한 형태의 에너지로 전환되며, 이 신경전파의 진동수에 따라 상위 신경 센터로 전달되는 정보가 달라집니다.

베케시 박사님은 귀의 전달 체계에서 전략적으로 중요한 지점에서 일어나는 물리 현상을 연구하였습니다. 하지만 귀의 진동 시스템의 성질에 관한 연구는 베케시 박사님 이전에도 이루어졌습니다. 이 생리적인 음향학 분야에서 헬름홀츠 박사의 이론은 독보적입니다.

그러나 베케시 박사님은 부서지기 쉬워 다루기가 어려운 생물학적인 소형 시스템을 연구했다는 점에서 매우 탁월했습니다. 이 분야의 권위자들은 그가 이 목적을 위하여 개발한 정교한 기법이 가히 천재적이라고 평가합니다. 그는 미세 절단 방법을 이용하여 접근하기 어려운 해부학적 구조에 접근하였으며, 더욱 진보된 방법으로 자극을 주고, 이를 기록하였습니다. 또한 육안으로 복잡한 막 운동을 관찰하기 위해 고배율의 스트로보스코픽 현미경 (진동하는 물체를 연구하는 장치)을 사용하여 백 분의 일 밀리미터 단위로 이를 측정하였습니다.

베케시 박사님은 중이에서의 소리 전달과 관련하여 고막의 진동 형태와 소골운동의 상호작용을 규명하였습니다. 내이의 역동학에 관한 그의 연구는 기술적으로나 이론적으로 이 분야에서 최고였습니다. 그의 실험 및 임상 자료는 음파의 진동수가 기저막을 따라 자극이 일어나는 위치를 결정한다는 헬름홀츠 박사님의 가설을 입증하였습니다. 이전까지는 막의 진동 형태가 갖는 물리적 특징, 이와 같은 진동이 일어나는 조건 등에 관해서 이론적으로 고찰할 뿐이었습니다. 하지만 베케시 박사님은 진동형태의 특징을 밝히는 데 성공하였습니다. 그는 등골의 족판이 움직이면서 기저막에 복잡한 전파가 발생하고, 기저막은 달팽이관의 단단한 기저부에서 보다 유연한 첨단부로 움직인다는 것을 증명하였습니다. 전파는 처음에는 증가해 최고점에 달하지만, 그 후에는 빠르게 감소합니다. 최대 진폭의 위치는 가해지는 음파의 진동수에 따라 달라져서, 낮은 진동수는 달팽이관의 첨단부에서, 높은 진동수는 기저부에서 나타나게 됩니다. 이러한 특정의 진동 형태가 일어나는 조건은 모형을 이용한 실험에서 알 수 있습니다.

그 후 베케시 박사님은 어떻게 모세포가 자극되는 지를 연구하였습니다. 그는 가느다란 바늘의 끝을 기저막에 닿도록 한 뒤, 이 바늘을 이용하여 기저막의 다른 부분에 여러 방향의 진동을 일으켰습니다. 바늘의 끝은 자극을 주는 동시에 수용체 세포로부터 전류 전위를 기록하는 전극으로 사용되었습니다. 그 결과 기저막 위에 가해진 국소적인 압력이 다양한 강도의 전단력`으로 변형되어 모세포에 가해지는 것으로 밝혀졌습니다.

따라서 베케시 박사님은 달팽이관이 역학적 (기계적)으로 어떤 기능을 하는지 분명하게 규명하였고, 이로 인해 우리는 진동수 분석기로서 달팽이관의 기능을 이해할 수 있게 되었습니다.

우리는 이제 이 시스템이 역학적 에너지를 물리화학적 과정으로 변환시켜 신경전파를 일으킨다는 것을 알게 되었습니다. 그리고 내이에서 일어나는 전기적 과정을 알게 되면서 더 많은 연구를 할 수 있는 기반을 마련하였습니다. 한편으로, 베케시 박사님은 이른바 휴식기의 수용체 막에 커다란 전위차가 존재한다는 것을 의미하는 와우내전위 (蝸牛內電位)도 발견하였습니다. 또 다른 한편으로 모세포 자극 시에 일어나는 전위의 느린 존재를 나타내는 이른바 내인성 달팽이관과 모세포 자극 시 일어나는 느린 전위 이동도 발견하였습니다. 이러한 발견들은 소리를 신경 전파로 변환시키는 수용체에서의 역학적 현상과 전기적 현상을 분석하고, 그 관계를 밝히는 데 중요한 역할을 하였습니다.

베케시 박사님은 청력학을 발달시키고 이를 임상에서 응용하는 데 크게 공헌하였습니다. 그리하여 정밀한 진단법이 개발되었고 이는 귀 질병 치료에 큰 발전을 가져왔습니다.

베케시 박사님.
박사님은 우리에게 기본적인 청각 과정에 관해 많은 것을 알려 주었습니다. 이 상을 수상하게 된 교수님의 주요 업적은 내이의 역동학에 관한 것입니다. 이와 같은 업적은 결코 흔하지 않습니다. 노벨 박사님의 뜻대로, 단독으로 연구한 과학자의 훌륭한 연구 결과에 대해 이 상을 수여할 수 있게 되어 매우 기쁘게 생각합니다.
왕립 카롤린스카 연구소를 대표하여 따뜻한 축하를 전해드리며, 이제 전하께서 수여하시는 올해의 노벨 생리•의학상을 받으시기 바랍니다. _ 왕립 카롤린스카 연구소 교수위원회 C. G. 베른하트

참고 = 위키백과, 노벨상위원회

크리스천라이프 편집부