“谋杀嫌犯”的新发现

在众多对亥姆霍兹的共振理论进行挑战的人中，匈牙利科学家（后来移居美国）冯·贝凯希（Georg von Békésy）最后胜出。冯·贝凯希在大学里学的是物理学，毕业以后在一个通信实验室里当工程师。为了提高通信质量，所有的技术改进最后都要靠人耳来鉴定。冯·贝凯希发现在长途电话系统中影响通话质量最严重的一个因素是电话机振动膜的振动和人的鼓膜的振动相去甚远，因此改进通话质量的首要工作就是使电话机振动膜的振动尽可能接近鼓膜的振动方式。这也是他在通信领域解决的第一个问题。

在这之后，冯·贝凯希获得了足够的资金来研究耳朵的机械性质。为了获取人耳以研究中耳的力学性质，他向解剖学研究所的专家虚心请教，但是并没有得到回应，因为在一些解剖学家看来，一个通信工程师想研究解剖学上的问题未免太荒唐，所以他们不让他参加尸体的解剖工作。冯·贝凯希只能通过研究所的后门带出一些头颅骨，不过为此他得冒很大的风险，因为如果碰到警察检查，他很难证明他所带的人头骨完全是用于科学研究的目的，而不涉及谋杀之类的犯罪行为。事实上确实有一位警官在某一天告诉过他，可以在任何时候以涉嫌谋杀的罪名逮捕他，因为在他的手提包中藏有人头。不过警官还是放了他一马，他为此感激不尽。他对研究的执着最后也感动了解剖学研究所的教授，允许他得到他所需要的材料并从不太陈旧的尸体上解剖内耳。

耳蜗包裹在颞骨之中，而颞骨可以说是人骨头中最坚硬的一块，幸运的是，冯·贝凯希是位工程师，因此他并不是用解剖刀来取耳蜗，而是用实验室附属车间里的钻床！不过这使工人大为不悦，清理钻床上的血和人骨屑并不是件令人愉快的事。为了避免这种麻烦，他发明了一种装置，把标本放在水或生理盐水中进行加工，这样还可避免一旦耳蜗打开后，里面的液体外流而使里面的结构干燥变形的问题。另外，水流在这个装置里慢慢地自右向左流出，这样正好把钻下来的骨屑带走，使视野始终清晰。他是用高速钻床分离出耳蜗并进行研究的第一人。

图2-4　冯·贝凯希。

人们在质疑亥姆霍兹的共振理论之后提出过几种行波理论，但是没有任何人真正观察到人耳蜗中真正有行波在传播。现在有了耳蜗标本，冯·贝凯希就可以对其做实验了。在频闪光的照明之下，他观察到了基底膜的运动。他用各种频率的纯音作刺激，并把观察到的基底膜波动的包络线画出来，结果发现，刺激频率越低，波动传得越远，其最大波幅也越靠近基底膜的顶端。不过要说明的是，基底膜特定部位对刺激纯音频率的调谐只有在刺激声强很低时才十分尖锐，因此冯·贝凯希后来警告人们，把耳蜗当作傅里叶分析器的说法可能是一种误导。

对于冯·贝凯希的发现当时也有人提出疑问，因为人死后基底膜的弹性可能和活着的时候很不一样。总不能在活人的头上钻个孔吧！然而这并没有难倒冯·贝凯希，他对麻醉活猫的基底膜和其死后的基底膜进行了对照研究，结果发现两者在弹性方面没有多大差别，特别当环境温度较低时更是如此。

别忘了冯·贝凯希是一位工程师，既然耳蜗太小不易看清，他很自然地就想到自己造些各种各样的、大一些的、基本结构和耳朵类似的模型来进行研究。其中有一个模型是用黄铜和玻璃做的盒子，上面还有用橡皮做的“卵圆窗”和“圆窗”。模型中间有一个在顶端开口（“蜗孔”）的橡皮隔层（“基底膜”），盒子内部充满液体，并悬有煤灰和金屑以便于观察。当冯·贝凯希用一根短棍（“镫骨”）刺激橡皮（“卵圆窗”）时，他观察到液体中的悬浮物呈现波状运动并传向“蜗孔”。他还观察到波峰并不在他那人造基底膜的末端。当他用不同频率的声音刺激时，基底膜发生最大位移的位置也在变化。频率越高，越靠近“卵圆窗”。尽管冯·贝凯希并没有通过这一模型发现什么新现象，不过他已向世人形象生动地展示了自己理论的基本思想。