Как физик смог получить премию по физиологии, как мы слышим разные звуки и при чем тут сбои в телефонной связи, рассказывает очередной выпуск нашей рубрики «Как получить Нобелевку».

Дьердь фон Бекеши

Родился 3 июня 1899 года, Будапешт, Венгрия

Умер 13 июня 1972, Гонолулу, Гавайи, США

Нобелевская премия по физиологии или медицине 1961 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие физических механизмов восприятия раздражения улиткой (for his discoveries of the physical mechanism of stimulation within the cochlea)».

Наш герой был старшим из трех детей в семье австро-венгерского дипломата-экономиста Александра (Шандора) фон Бекеши и его супруги Полы Мазалы. Через два года в семье родилась сестра Лола, а потом, еще через два года, – брат Миклош.

Дипломатическая служба отца дала возможность Дьердю поездить, повидать империю – и поучиться. Любопытно, что уже с детства его жизнь была связана со слухом: музыкальный слух у мальчика был превосходным, и он планировал стать музыкантом. Но в итоге решил стать ученым – однако не сразу решил, каким. Впрочем, искусство будет спутником его жизни: Бекеши никогда не был женат, но собрал огромную коллекцию произведений искусства, которую, кстати, завещал Нобелевскому комитету.

К 17 годам молодой венгр находился в Швейцарии – и в итоге поступил в Бернский университет, начав изучать физику. Физиком он и стал, правда, особенным.

Нужно сказать, что обучение в Швейцарии долгим не было: в 1918 году изменилось многое. С окончанием Первой мировой войны рухнуло три империи, Австро-Венгерская – в их числе. Бекеши вернулся домой помогать родине. Сначала служил в армии, потом поступил в Университет Будапешта – и в 1923 году защитил докторскую по гидродинамике, что тоже было важно для будущих открытий.

Ученый, которому едва исполнилось две дюжины лет, поступил в новую лабораторию министерства связи. И здесь перед Бекеши встала практическая задача, которая и привела его в итоге к Нобелевской премии.

Дело в том, что через Венгрию проходили многие линии телефонной связи. И вот на территории этой страны качество связи резко пропадало. За что ругались на министерство – дескать, мы вам платим за транзит, а у вас сигнал где-то теряется. Бекеши поручили выяснить, где проблема: в микрофонах, линиях связи или в самом телефоне.

Оказалось, что проблема – в мембране телефонного аппарата, которая очень несовершенно трансформировала звук в электрический сигнал. Аппараты доработали, а Бекеши задумался о том, как же происходит трансформация звука в электрический сигнал в человеческом организме: ведь то, что звук – это механическое колебание, известно давно. То, что нервный импульс имеет электрическую природу, к моменту работы Бекеши в телефонии тоже было известно уже полвека, с экспериментов Ричарда Катона в 1870-х.

И следующие полтора десятка лет Бекеши занимался изучением устройства и функционирования человеческого уха. Сама по себе анатомия среднего и внутреннего уха была уже известна. Но как все это в точности работает?

Бекеши вскрывал трубы, тщательно исследовал строение среднего и внутреннего уха – и изучал животных. Он даже придумал новые хирургические инструменты для того, чтобы работать с улиткой (основной составляющей внутреннего уха), придумал способы сохранять трупный материал, чтобы механические свойства тканей уха не менялись.

Как писал Бекеши, «в те времена было общепризнанным, что механические свойства тканей уха после смерти быстро изменяются, и поэтому практически невозможно изучать эти свойства внутреннего уха человека».

Тогда существовало четыре теории о том, как ухо может воспринимать и различать звуки разной высоты. Все они говорили о колебаниях базиллярной мембраны улитки, но по-разному. Первая постулировала, что звук определенной высоты может вызывать колебания только строго определенного участка мембраны; вторая теория гласила, что звук вызывает бегущую по мембране волну; согласно третьей звук должен был отражаться от конца улитки и формировать стоячую волну; четвертая теория моделировала колебания мембраны как единого целого.

Бекеши установил, что верна вторая теория. Волна определенной частоты, бегущая по улитке, вызывает колебания всех участков мембраны, однако один из них вибрирует сильнее остальных. Расположение этого участка зависит от частоты звука: если звук выше, он располагается ближе к овальному окну, «входу» в мембрану, а если ниже – дальше. И от всех участков мембраны отходят нервные волокна, каждое из которых уносит информацию о звуке определенной высоты.

В войну лабораторию Бекеши разрушила бомбежка, и он переехал в США, предварительно год проработав в Швеции.

В Гарварде он приступил к настоящему физическому эксперименту – провел моделирование распространения звуков в мембране улитки на ее 30-сантиметровой модели в виде пластиковой трубки. Вместо волосковых клеток кортиева органа, которые преобразуют механические колебания в нервные импульсы, Бекеши пользовался… рукой. Он просто клал ее на трубку.

«Хотя бегущая волна распространялась по всей длине мембраны почти с одинаковой амплитудой, мне казалось, что вибрирует лишь участок мембраны длиной 2–3 сантиметра. Тот простой факт, что хотя в модели колебания захватывают всю руку, но лишь небольшой ее участок кажется вибрирующим, доказывает, что нервное торможение должно играть важную роль в восприятии звука», – писал Бекеши.

Фундаментальное и исчерпывающее исследование венгра, длившееся более двух десятилетий, не только принесло ему Нобелевскую премию, но и дало важнейший фундаментальный результат. Точное понимание биомеханики слуха, сделанное всего лишь одним человеком, позволило медикам создавать протезы барабанной перепонки из участков кожи или вен. Единоличное присуждение высшей физиологической награды было абсолютно заслуженным.

…Готовя сегодняшний материал, я наткнулся на один абзац, написанный ученым в своих воспоминаниях о ранних исследованиях. Мне кажется, это совет всем нам – тем, кто пишет об истории науки:

«Я люблю читать историю науки, особенно медицины. Она описывает борьбу между человеком и природой, которая состоит из непрерывной череды успехов и неудач. К сожалению, большинство современных научных работ написаны в холодном, безличном стиле. В прежние времена публиковалось много живых клинических случаев, и, прочитав их, можно было установить связь между заключением врача и реальной ситуацией. Сегодня реальные клинические случаи больше не публикуются, и научные обзоры иногда звучат почти как протоколы вскрытия».

Мне хочется, чтобы история науки больше походила на историю жизни, а не протокол вскрытия. И мы постараемся следовать совету этого замечательного нобелевского лауреата.