TUDOMÁNYTÖRTÉNET

  RADNAI GYULA
  A megfigyelés öröme


  Második rész

      Békésy utolsó tudományos vállalkozása: a Mach-sávok kutatása Hawaii szigetén

“Életemben háromszor vesztettem el mindenemet” – írta önéletrajzi jegyzeteiben a 70 éves tudós. Nem nehéz kitalálni, mire gondolhatott.

  Az elsõ ilyen tragikus nap 1944. április 3. volt, amikor a Posta Kísérleti Állomáson kiépített laboratóriuma egy bombatámadás során megsemmisült. Minden berendezése, mûszere odaveszett! Ennek nyomán határozta el, hogy egyetemi tanszékének legértékesebb mûszereit megõrzésre szétosztja a kollégák és a hallgatók között. “A háború után elõáshattuk azt a felszerelést, amit a hallgatók és az oktatók segítségével titokban elrejtettünk. Senki sem árulta el a rejtekhelyet, így a békés viszonyok visszaállása után az én intézetemben indult meg legkedvezõbb körülmények között a munka. Több szerszámunk volt az új eszközök készítéséhez, mint akárhány gyárnak.”

  Másodszor úgy “veszett el” Békésy minden eszköze, mûszere, feljegyzése, hogy azok itt maradtak Magyarországon, amikor õ Amerikában kezdte újra kutatásait. 17 évet töltött a Harvard Egyetemen, ahol végül is egy sokkal jobban felszerelt laboratóriumot alakított ki, mint a magyarországi volt – akár az egyetemen, akár a Postakísérleti Állomáson –, mégis nosztalgiával emlékezett vissza késõbb:

  “Visszatekintve életem Magyarországon eltelt szakaszára, az az érzésem, hogy tudományos munkám akkor mélyrehatóbb és jelentõsebb volt, mint az, amit az Egyesült Államokban végeztem…”

  Itthon egy ládába csomagolták össze a Postakísérleti Intézetben Békésy papírjait, melybõl sok értékes különlenyomatot Tarnóczy Tamás küldött el végül Békésynek. Õ azután féltett kincsként õrizte ezeket a Harvard Egyetemen mindaddig, amíg be nem következett a harmadik tragédia, amikor újra “mindenét elvesztette” az akkor már 60-as éveit taposó tudós:

  1965-ben tûz pusztított abban az épületben, melynek alagsorában volt Békésy laboratóriuma. Újra odaveszett mindene.

  Békésy, a nagy “újrakezdõ” 67 éves korában élete utolsó nagy vállalkozásába fogott: elfogadva a Hawaii Egyetem meghívását, áttelepült Honoluluba, hogy ott, a számára létrehozandó Laboratory of Sensory Science – érzékelés-tudományi intézet – vezetõjeként most már ne csak halláskutatással foglalkozzon, hanem általában az emberi érzékszervek mûködésének közös tulajdonságait kutassa.

  A Hawaii Egyetem méltán lehetett büszke, hogy egy Nobel-díjas tudós elfogadja a felkínált kutató-professzori állást, Békésy magával vihette egy-két kipróbált munkatársát is Honoluluba. Az õ tervei szerint épült fel egy kétszintes épület, jól felszerelt fa- és fémmegmunkáló, valamint elektronikai mûhelyekkel. Ma ez az intézet “Békésy Laboratory of Neurobiology” nevet viseli, s a Csendes-óceáni Orvosbiológiai Kutatóközpont (PBRC) keretében mûködik. Tíz kutató dolgozik benne, munkájukat a Békésy által létrehozott mûhelyek segítik. Ebbõl az intézetbõl került a Békésy-hagyaték (mûszerek, eszközök) 1995-ben Magyarországra, az akkor létrehozott diósdi Rádió- és Televíziómúzeum két emlékszobájába. (Külön köszönet illeti mindazokat, akik ezt kezdeményezték, megszervezték, lebonyolították.)

  Miért terjesztette ki Békésy kutatásait a hallószervrõl a többi érzékszerve? És hogy jutott el a Mach-sávok kutatásáig?

  1961 decemberében tartott Nobel-elõadásán bemutatta azt az ábrát, mely a belsõ fülre vonatkozó kutatásainak legfontosabb eredményét illusztrálta. A megfigyelés öröme, saját kísérleti vizsgálatai segítették feltárni, hogy a csigában húzódó alaphártya mentén végigfutó hullám a hang rezgésszámának függvényében más-más helyen éri el a maximumát. Így a hallott hang magasságát a különbözõ helyeken más-más módon ingerelt idegsejtek összehangolt mûködése közvetíti az agy felé. Békésy úgy gondolta, hogy az elsõ “jelfeldolgozás” még ott, a fülben megtörténik, s az agy már egy megformált, a hang magasságát tisztán hordozó jelzést kap. Ha viszont megnézzük a fenti görbéket, azt látjuk, hogy nagyon lapos maximummal rendelkeznek, így nehezen érthetõ a hangmagasság érzékelésének rendkívüli szelektivitása.

  Békésy azt az idegi mechanizmust kutatta, ahogyan a szélesen hömpölygõ inger a fülben keskeny ingerületté élesedik ki. Feltételezte, hogy ez egy olyan mechanizmus, ami nemcsak a fül mûködésében jelenik meg, hanem más érzékszervekében is. Ezért bõvítette ki kutatásait még a Harvard Egyetemen a tapintás, a bõrérzékelés irányába. Elõször 1960-ban publikált egy tanulmányt a szemrõl is.

  Honoluluban már úgy gondolta, hogy valamennyi érzékszervünk mûködésének közös vonása az a primer, differenciális jelfeldolgozás, amelynek lényegét az inger®érzet kapcsolatban a laterális (oldalirányú) gátlás mechanizmusára lehet visszavezetni. Keresett tehát olyan jelenségeket, ahol ez valamelyik érzékszerv mûködésében explicite jelentkezik. Így jutott el a látás vizsgálatához, azon belül a kontrasztjelenségek tanulmányozásához, s ezek közül is az egyik meglepõ, elõször Ernst Mach által leírt és értelmezett optikai csalódás, a Mach-sávok felléptének körültekintõ, tudományos vizsgálatához.

  Mik is azok a Mach-sávok?

  Ernst Mach “Az érzetek elemzése” c. könyvében, Erdõs Lajos (Erdõs Pál édesapja) fordításában olvashatjuk “A látási érzeteknek egymásra és más pszichikai elemekre való vonatkozásai” c. fejezetben az alábbiakat:

  “…az ideghártya valamely helyének megvilágítását a szomszédos helyek megvilágításának középértékétõl való eltérés mértéke szerint érezzük meg…”

  Példaképpen szerepel a következõ ábra (1. ábra).


1. ábra. A Mach-sávok felfedezését segítõ minta

  “Ha egy ilyen mintájú papírcsíkot egy hengerre csavarunk és a hengert gyors forgásba hozzuk, szürke mezõt kapunk, amelynek világossága B-tõl A felé növekszik, s melybõl azonban egy világos aa csík és egy sötét bb-csík emelkedik ki.”

  Nos, ezeket a világos, ill. sötét csíkokat nevezik azóta, hogy Mach a múlt század
60-as éveiben leírta a jelenséget, Mach-sávoknak.

  Ma már az érzékelési csalódásokkal foglalkozó pszichológia tankönyvekben a Mach-sávok külön fejezetben szerepelnek, s a nemzetközi pszichológiai irodalomban idézett magyar kutatók között elõkelõ helyen áll Békésy neve.

  A Mach-sávok fellépéséhez nincs feltétlenül szükség a Mach által leírt kísérletre; álló, sztatikus ábrán is felfedezhetjük ezeket.

  A 2. ábrán a fehértõl a feketéig fokozatosan sötétedõ, de önmagukban homogén sávokat látunk. (Ezek még nem a Mach-sávok!) Ha tüzetesen figyelünk két egymás melletti sávra, akkor a határ közelében a világos sáv még világosabbnak, a sötét sáv még sötétebbnek látszik.

  Mintha a világos sáv szélén egy még világosabb csík, a sötét sáv szélén egy még sötétebb csík jelenne meg egymás mellett. Ezek a látszólag megjelenõ csíkok a Mach-sávok (Mach-Streifen, Mach bands, bandes de Mach).
 

2. ábra. Az ábrán a határvonalak mentén
észlelhetõk a Mach-sávok
3. ábra. A világosságinger és a világosságérzet
változása a hely függvényében

  A hatás azért jelentkezik itt még kifejezettebben, mint Mach eredeti kísérletében, mert itt a csíkok világossága a határon ugrásszerûen változik. Mach kísérletében az objektív világosság folyamatosan változik, csupán a változás gyorsasága ugrik ott, ahol a Mach-sávot látjuk.

  A két eset közti különbséget mind az ingerre, mind az érzetre vonatkozólag a 3. ábrán láthatjuk.

  A Mach-sávok tehát mintegy kiélesítik az objektív világosságok közötti kontrasztot: felerõsítik magát a változást. Pontosan ilyen mechanizmust keresett a hallás számára a fülben Békésy, s megtalálta a szemben, a látás során optikai csalódást is okozó mechanizmus képében.

  Ennek a jelenségnek a pontos, részletekbe menõ vizsgálata, s minél helyesebb értelmezése kötötte le Békésy figyelmét Honoluluban.

  Mach magyarázatát, amely szerint a látszólagos sávok megjelenésében a világosság helyfüggvényének második deriváltja a döntõ tényezõ, nem fogadta el. Kísérletileg meg tudta mutatni, hogy kevésbé éles határok esetén is megjelenhetnek a Mach-sávok, amikor tehát a második derivált lényegesen más értéket vesz fel. Nemcsak a határ, hanem a határ kiterjedtebb környezete is számít.

  Ezért kutatta Békésy az egymás melletti érzõ idegsejtek közti kapcsolatokat és ezért szentelt nagy figyelmet az oldalirányú gátlásnak.

  A jelenség értelmezésére azt a modellt használta, amely szerint, ha egy érzõ idegsejtet külsõ inger ér, akkor az egymás melletti idegsejtek közti kölcsönös kapcsolat, összehangolt mûködés során az ingerelt sejt közvetlen környezetére is kiterjed az inger, sõt, valamivel távolabb gátlást is okoz. (Ez az oldalirányú gátlás.) Egyetlen “idegi egységnek” tekintette az ingerelt sejttel együtt annak kis környezetét, amire az inger, illetve a gátlás kiterjed. Feltételezése szerint ezt egy ilyen (“sombrero”) függvény írja le (4. ábra).

  A megfigyelés örömét azonban nem az értelmezés nyújtotta Békésy számára, hanem az a sok-sok sziporkázó, pofonegyszerû ötlet, a kigondolt és véghez vitt méréssorozat, mellyel mérhetõvé tette a mérhetetlent, a csupán optikai csalódásként megjelenõ Mach-sávokat. Amit Eötvös dicséretére felhozott – “egy probléma, több különbözõ oldalról való makacs megközelítésének egyszerûsége” – jellemzõ volt rá is.
 

4. ábra. A "sombrero" és a helyettesítõ
lépcsõs függvény
5. ábra. A Mach, majd Békessy által
használt csillag alakú minta a Mach-
sávok elõállításához

  Visszatért Mach eredeti kísérletéhez, legalábbis annyiban, hogy õ is szaggatott, villogó fénnyel ingerelte a szemet. Ezt a villogási frekvenciát persze lehetett olyan nagyra választani, hogy már nem volt észrevehetõ a villogás.

  Kísérleteit két nagy csoportra lehet osztani. Az egyikben, lényegében Mach nyomán, egy mintegy 30 cm átmérõjû körbe írt 8 ágú csillagot forgatott (5. ábra). A csillag fehér alapon fekete, vagy fekete alapon fehér volt, és olyan alakú, hogy forgás esetén a világosság Mach említett kísérletéhez hasonló módon változzék a kör sugara mentén. A Mach-sávok persze ilyenkor körök voltak. Kísérleteinek másik csoportjában egy álló fekete-fehér minta felett forgatott egy négyzet keresztmetszetû üveghasábot, melyen átnézve a fekete-fehér ábra helyrõl helyre más tónusú szürkének látszott. A Mach-sávok itt a forgásirányra merõleges csíkokként jelentek meg.

  Legutolsó nagy cikke, mely 1972. január 21-én érkezett be az angliai Vision Research tudományos folyóirathoz, az alábbi címet viseli: “Mach-sávok mérése kompenzációs módszerrel”. Ekkor már súlyos beteg volt, nemsokára kórházba került, s június 13-án meg is halt. Miközben a cikket írta, Békésy már valószínûleg tudta, hogy nem sok ideje van hátra. Semmi közvetlen utalás nincs erre a cikkben, egyedül a szokásosnál kissé bõvebb irodalmi visszatekintés, valamint a hivatkozások széles spektruma jelzi, hogy ezt az írást a szerzõ összegzésnek is szánta.

  Ugyanakkor maga a kompenzációs módszer ötlete teljesen “Békésy-szerû”: egyszerû és zseniális egyszerre. Úgy méri a Mach-sávok erõsségét, hogy azon a helyen, ahol a Mach-sávok megjelennének a forgatott csillagon, kissé megváltoztatja a csillag alakját. Világos Mach-sáv esetén egy kicsit több feketét tesz oda, sötét sáv esetén kicsit több fehéret. Addig változtatja ezt a kompenzációs alakot, amíg eltûnik a Mach-sáv. Ennyi. Megmérte a mérhetetlent.

  Ez az eszköz a csillagokkal együtt benne volt abban a hagyatékban, mely Magyarországra került, s ma már újra mûködésképesen látható Diósdon, a Békésy Emlékkiállításon.

  Békésy emléke pedig tovább él és hat azokra, akik meglátogatják a kiállítást vagy olvassák cikkeit.


Természet Világa, 130. évf. 7. sz. 1999. július, 314–317. o.
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/ 
http://www.ch.bme.hu/chemonet/TermVil/ 


Vissza a tartalomjegyzékhez