안녕하세요. 질문해주신 것처럼 달팽이관에서 주파수별 반응 위치가 달라지는 가장 중요한 이유는 기저막의 폭과 탄성, 질량이 길이에 따라 점진적으로 변하기 때문입니다. 달팽이관 입구에 가까운 기저부는 좁고 단단하여 빠르게 진동하는 고주파에 민감하고, 안쪽 끝인 첨부로 갈수록 넓고 유연해져 느리게 진동하는 저주파에 잘 반응합니다. 소리가 들어오면 달팽이관의 액체에 파동이 생기고, 이 파동은 기저막을 따라 이동하다가 특정 주파수에 가장 적합한 위치에서 진동이 최대가 된 뒤 약해집니다. 따라서 높은 소리는 기저부, 낮은 소리는 첨부 쪽에서 주로 감지되는데요, 이러한 주파수와 위치의 대응 관계를 장소 부호화 또는 톤토피 조직이라고 합니다.
기저막 위에 있는 코르티기관의 털세포는 이 진동을 전기적 신호로 바꾸는데요, 기저막이 움직이면 털세포의 섬모가 주변 구조와의 상대적인 움직임으로 휘어지고, 섬모 끝의 이온 통로가 열리면서 세포 안으로 이온이 들어옵니다. 그 결과 털세포의 전기적 상태가 변하고, 특히 내유모세포가 청신경에 신경전달물질을 방출하여 뇌로 신호를 전달합니다. 이때 외유모세포는 기저막의 진동을 증폭하고 조절하여 특정 주파수에 대한 반응을 더욱 날카롭게 만들어 줍니다. 덕분에 서로 가까운 주파수도 비교적 정밀하게 구별할 수 있습니다.
특히 복잡한 소리에는 여러 주파수가 섞여 있는데, 각각의 주파수가 기저막의 서로 다른 위치를 활성화하므로 달팽이관은 소리를 일종의 스펙트럼 분석기처럼 분해합니다. 이후 뇌는 여러 청신경 섬유에서 전달된 신호의 위치와 발화 양상, 시간 정보를 종합하여 음의 높낮이와 음색을 인식합니다. 정리하자면 달팽이관은 단순히 소리를 크게 듣는 기관이 아니라, 기계적 구조와 감각세포의 정교한 협력으로 소리를 주파수별로 나누고 전기적 신호로 변환하는 생물학적 분석 장치라고 보시면 되겠습니다.