기저막(basilar membrane)은 달팽이관 안에서 코르티기관을 받치고 소리에 따라 진동하는 막입니다. 소리의 주파수에 따라 막에서 크게 움직이는 위치가 달라집니다.
기저막을 펼쳐 위치별 폭과 진동의 차이를 단순화한 개념도입니다.
달팽이관 안의 위치
와우는 달팽이처럼 말린 내이 구조입니다. 그 안에는 액체가 차 있고, 기저막이 와우의 기저부에서 첨부까지 길게 이어집니다. 기저부는 중이의 등골이 진동을 전달하는 입구 가까운 쪽이고, 첨부는 나선의 안쪽 끝입니다.
기저막 위에는 코르티기관이 놓여 있습니다. 코르티기관에는 소리를 감지하는 유모세포와 이를 받치는 지지세포가 있습니다. 기저막은 이 세포들이 올라앉는 바닥이면서, 소리가 들어올 때 함께 움직이는 구조입니다.
소리에 따른 진행파
소리는 외이도를 지나 고막을 흔들고, 중이의 이소골을 거쳐 와우 안 액체에 전달됩니다. 액체의 움직임이 기저막에 물결 모양의 진동을 만들면 이 파동은 기저부에서 첨부 방향으로 진행합니다. 이를 진행파라고 합니다. 막의 어느 부분에 힘이 가해지든 움직임은 늘 뻣뻣한 기저부에서 시작해 유연한 첨부 쪽으로 퍼집니다. 이 원리는 게오르크 폰 베케시가 시신에서 얻은 사람의 달팽이관을 관찰해 처음 밝혔습니다.
파동은 이동하면서 커지다가 특정 위치에서 가장 크게 진동합니다. 소리의 주파수가 달라지면 가장 크게 움직이는 위치도 바뀝니다. 여러 주파수가 섞인 소리를 들을 때에는 각각의 성분에 해당하는 진동이 함께 나타납니다.
고음과 저음을 구별하는 배열
기저막은 길이에 따라 폭과 유연성이 달라집니다. 이 차이가 소리의 높이를 구별하는 바탕이 됩니다.
- 기저부: 막이 비교적 좁고 뻣뻣합니다. 높은 주파수의 소리에 가장 크게 반응하는 위치가 이쪽에 있습니다.
- 첨부: 막이 더 넓고 유연합니다. 낮은 주파수의 소리에 가장 크게 반응하는 위치가 이쪽에 있습니다.
그래서 아기 울음소리처럼 높은 소리는 달팽이관 입구 쪽 유모세포가, 큰 개가 짖는 소리처럼 낮은 소리는 달팽이관 안쪽 끝의 유모세포가 주로 잡아냅니다.
높은 주파수에서 낮은 주파수까지 반응 위치가 순서대로 배열되는 성질을 주파수 지도, 또는 음조배열이라고 합니다. 소리의 높이는 진동하는 위치로 나뉘고, 소리의 크기는 진동의 크기와 관련됩니다.
유모세포의 신호 변환
기저막이 움직이면 위에 있는 유모세포도 움직입니다. 유모세포 위쪽의 작은 감각 돌기가 휘면서 세포 안으로 이온이 들어가는 통로가 열리고, 기계적인 진동이 전기적인 변화로 바뀝니다. 이 신호가 청신경을 거쳐 뇌에 도달하면 소리를 인식합니다.
내유모세포는 청신경으로 이어지는 소리 정보를 전달합니다. 외유모세포는 소리에 반응해 길이를 바꾸면서 기저막의 움직임을 증폭합니다. 작은 소리에 민감하게 반응하는 과정에는 막의 폭과 유연성뿐 아니라 외유모세포의 이런 능동적인 작용도 참여합니다.
유모세포 위에는 덮개막이 있습니다. 기저막이 아래에서 코르티기관을 받치고 덮개막이 위를 덮고 있어서, 두 막이 엇갈려 움직일 때 감각 돌기가 휘어집니다.