달팽이관 기저막은 소리의 높낮이(주파수)를 분석하는 핵심 구조로, 위치에 따라 물리적 특성이 다르게 설계되어 있습니다. 기저막의
기저부(base)는 달팽이관의 시작점인 난원창 쪽에 가깝고,
첨부(apex)는 달팽이관의 가장 안쪽 꼭대기 부위를 말합니다.
정답은
기저부는 좁고 단단하며, 첨부는 넓고 유연하다는 3번입니다. 이 구조적 차이는 기저막이 위치에 따라 서로 다른 주파수에 선택적으로 반응하는
음파의 위치적 분석(tonotopic organization)을 가능하게 합니다.
기저막을 따라 진행하는 음파는
진행파(travelling wave) 형태로 기저부에서 첨부 방향으로 이동합니다. 근거 자료
[1]에서 비둘기 달팽이관을 대상으로 한 진동 측정에서
진행파가 기저부에서 첨부로 전파되는 양상이 확인되었고, 기저막의 특성주파수(characteristic frequency, CF)는 기저부로부터의 거리에 따라 지수함수적으로 감소했습니다. 이는 기저부에서 높은 주파수에, 첨부에서 낮은 주파수에 반응한다는 주파수 배열 원리를 뒷받침합니다.
물리적으로 좁고 단단한 기저부는 질량과 강성이 커서 높은 주파수에 잘 공명하고, 넓고 유연한 첨부는 낮은 주파수에 잘 공명합니다.
혼동 주의! 보기 1번은 주파수 반응을 반대로 기술했으므로 틀렸습니다. 기저부는 고주파음, 첨부는 저주파음에 잘 반응합니다.
보기 2번은 기저부와 첨부의 물리적 특성을 반대로 서술했습니다. 보기 4번처럼 폭과 강성이 동일하다면 위치별 주파수 분리가 일어날 수 없습니다. 보기 5번은 기저막과 코르티기관의 관계를 부정했지만, 근거 자료
[3]과
[4]에서 확인되듯
기저막은 코르티기관 복합체(organ of Corti complex, OCC)의 일부로서 코르티기관 및 덮개막(tectorial membrane)과 유체역학적으로 상호작용하며 함께 진동합니다. 기저막의 진동은 코르티기관의 유모세포를 자극하여 청각 신호로 변환되는 출발점이 됩니다.
| 구분 | 기저부(base) | 첨부(apex) |
|---|
| 폭 | 좁다 | 넓다 |
| 강성 | 단단하다 | 유연하다 |
| 반응 주파수 | 고주파음 | 저주파음 |
| 진행파 도달 순서 | 먼저 진동 | 나중에 진동 |
근거 자료
[2]는 사람 달팽이관의 고주파 영역에서 기저막과 나선판(osseous spiral lamina) 사이를 연결하는 연조직 다리(soft-tissue bridge) 구조를 유한요소 모델로 분석했는데, 이는 기저부의 복잡한 지지 구조가 고주파 진동 특성에 관여함을 보여줍니다.
핵심! 기저막의 위치별 폭과 강성 차이는 단순한 해부학적 특징이 아니라, 주파수별로 최대 진동 지점이 달라지는
장소 이론(place theory)의 구조적 기반입니다.
근거 자료
[3]과
[4]는 기저막 단독이 아니라 코르티기관 복합체 전체의 진동을 측정했는데, 특히
[4]에서 기저막, 외유모세포/다이테르스세포 영역, 그물판(reticular lamina)이 주파수에 따라 서로 다른 진동 양상을 보인다는 점이 확인되었습니다. 이는 기저막의 수동적 진동만으로 청각이 완성되는 것이 아니라 코르티기관 내 능동적 과정이 더해져 주파수 분해능과 민감도가 향상된다는 것을 시사합니다.
참고 문헌 (논문 출처)
- [1]
Basilar membrane motion in the pigeon measured with the Mössbauer technique.일반논문Gummer AW, Smolders JW, Klinke R (1987) · DOI: 10.1016/0378-5955(87)90206-1
- [2]
How the Human Cochlea Moves: Biomechanical Modeling of a Wide, Layered Osseous Spiral Lamina.일반논문Tubelli AA, Secchia PA, Raufer S, Nakajima HH, Puria S. (2025) · DOI: 10.1007/s10162-025-01000-4
- [3]
Displacement gradients in the lateral region of the organ of Corti dissipate power in the cochlea.일반논문Chiriboga LA, Strimbu CE, Olson ES. (2026) · DOI: 10.1016/j.bpj.2026.07.030
- [4]
Active deformation in the basal organ of Corti in gerbil.일반논문Wong KH, Strimbu CE, Olson ES. (2026) · DOI: 10.1016/j.bpj.2026.04.037