자극과 반응

1. 자극과 반응

 1) 적합자극

  ① 자극: 생물의 활동에 변화를 일으키는 외부 환경요인.

  ② 적합자극: 각 감각기가 받아들이는 특정자극.

  ③ 사람의 감각기와 적합자극   

 2) 실무율

  ① 역치: 반응을 일으킬 수 있는 최소한의 자극의 세기

               하나의 감각세포에 적합 자극이 주어졌을 때, 반응이 일어나려면 일정한 세기 이상의 자극이

             필요하고, 일단 자극의 세기가 역치 이상이 되면 자극의 세기가 증가하여도 반응의 크기는 일정.

  ② 실무율: 역치 미만의 자극에서는 반응이 전혀 나타나지 않고, 역치 이상에서는 반응의 크기가 일정

                  하게 나타나는 현상

                   단일 세포에만 적용됨

  ③ 조직에서는 자극의 세기에 따라 반응의 크기 증가한다.

     ∵) 조직을 이루는 각 세포의 역치가 다르고 자극의 세기가 증가할 수록 반응하는 세포의 수 증가.

 3) 베버의 법칙

     : 자극의 변화를 느낄 수 있는 최소 변화량은 처음 자극의 세기에 비례

     (어떤 자극에 대하여 자극의 세기가 변했다는 것을 느끼려면 처음 주어진 지극과 일정한 크기 이상의

       차이가 나는 자극이 주어져야 한다.)

        ⇒ 처음 자극의 세기가 강할 수록 더 큰 자극의 변화가 있어야 그 변화를 느낄 수 있다.

             K값은 감각기에 따라 그 값이 일정, K 값이 작을수록 예민하다.

2. 감각기관

 1) 눈의 구조와 기능

  ① 각막: 안구 앞 쪽에 있는 투명한 막

  ② 홍채: 동공의 크기를 조절하여 빛의 투과량을 조절

  ③ 모양체와 진대: 수정체의 두께를 조절

  ④ 수정체: 탄력성이 있는 볼록렌즈로 상이 망막에 맺히도록 한다.

  ⑤ 공막: 안구의 가장 바깥쪽을 싸서 보호하는 흰색의 막

  ⑥ 맥락막: 멜라닌 색소를 함유하여 암실 역할을 한다.

  ⑦ 망막: 안구 가장 안쪽에 있는 막, 빛의 자극을 받아들이는 시세포 분포

      황반: 시세포가 밀집되어 선명한 상이 맺히는 곳

      맹점: 시신경이 모여 지나가는 곳으로 시세포가 없어 상이 맺혀도 보이지 않음

 2) 시각의 성립

     빛이 망막에 도달

    → 시세포 내의 감광물질이 빛에너지에 의해 분해, 화학에너지 방출 : 광화학 반응

    → 시세포가 흥분

    → 전기적 변화

    → 신호가 시신경을 통해

    → 대뇌의 시각 중추 : 시각 성립

  ① 원추 세포: 망막의 중앙부인 황반 부근에 많다.

            감광 물질: 요돕신- 밝은 빛에 반응, 색깔을 구별

  ② 간상 세포: 망막 주변부에 많다.

            감광 물질: 로돕신(시홍)- 약한 빛에서 흥분, 명암과 형태 식별(로돕신: 레티넨+옵신)

 *) 간상세포에서의 광화학 반응과 시각의 성립

 3) 눈의 조절 작용

  ① 명암 조절 - 밝은 곳: 홍채 이완, 동공의 크기 작아짐

                     - 어두운 곳: 홍채 수축, 동공이 크게 열려 빛의 양 조절

   ㄱ. 암순응: 밝은 곳 → 어두운 곳 : 처음에는 잘 보이지 않다가 차츰 잘 보임

        ∵) 밝은 빛에서 분해되었던 간상 세포 속의 로돕신이 약한 빛에서 합성되는데 시간이 걸리기 때문   

   ㄴ. 명순응: 어두운 곳 → 밝은 곳 : 눈이 부심

       ∵) 강한 빛에 의해 로돕신이 다량 분해되어 많은 에너지 방출    

  ② 원근 조절

      눈의 원근 조절: 수정체의 두께 조절에 의해

                             중뇌가 중추 역할을 하는 무의식적인 반사 운동

   ㄱ. 먼 곳의 물체를 볼 때: 모양근이 이완, 진대 수축 → 수정체 얇아져서 초점거리 길어짐

   ㄴ. 가까운 곳의 물체를 볼 때: 모양근 수축, 진대 이완 → 수정체가 두꺼워져 초점거리 짧아짐

 4) 귀의 구조와 기능

  ① 외이: 외이도, 귓바퀴

  ② 중이

   ㄱ. 고막: 음파에 의해 진동하는 얇은 막

   ㄴ. 청소골: 망치뼈, 모루뼈, 등자뼈로 구성

                   고막의 진동을 증폭시켜 난원창에 전달

   ㄷ. 유스타키오관: 목구멍에 연결된 관

                             중이와 외이의 압력을 같게 하여 작은 진동에도 고막이 진동하게 함

  ③ 내이: 달팽이관, 전정기관, 반고리관

         달팽이관- 청각과 관련

                        전정계, 고실계, 달팽이세관: 림프가 차 있음

                                        (달팽이세관: 바닥 쪽에 기적막 있음- 기저막 위에 코르티 기관 있음)

  ④ 소리의 전달

      소리 → 외이도 → 고막 → 청소골 → 난원창

      → 달팽이관(전정계→고실계→기저막→청세포와 덮개막과의 접촉→청세포 흥분) → 청신경 → 대뇌

 5) 평형감각

     평형기- 내이에 있는 전정기관, 반고리관

  ① 전정기관(위치감각): 소낭, 통낭 구성- 섬모가 달린 감각세포, 청사라는 미세한 입자들이 있음.

                         몸을 한쪽으로 기울거나 움직이면 청사가 감각세포를 누르는 방향이 달라져 기울기 느낌

  ② 반고리관(회전감각): 림프가 차 있는 3개의 반원형 관이 직각으로 연결

                                     몸이 회전하면 림프의 관성에 의해 감각세포가 자극을 받아 회전을 느낌

 6) 미각과 후각 : 화학물질이 자극이 되어 일어나는 감각

   ① 미각: 미각기- 유두의 양쪽에 있는 미뢰

        혀를 통해서 느낄 수 있는 기본 맛 - 단맛, 쓴맛, 짠맛, 신맛

  ② 후각: 콧속 천장의 점막에 있는 후세포

              기체 상태의 화학물질이 후세포를 자극 → 후신경 → 대뇌

 7) 피부감각

  ① 진피 속에 있는 감각점에 연결된 감각세포와 신경말단에 의해 느낌

  ② 온각- 루피니소체

      냉각- 크라우제소체

      촉각- 메르켈 소체, 마이스너 소체

      압각- 마이스너 소체

      통각- 신경말단에서 자극 수용, 감각기중 가장 많이 분포

3. 자극의 전달

   뉴런: 신경계의 구조적, 기능적 단위

 1) 뉴런의 구조

  ① 신경세포체: 핵, 미토콘드리아, 골지체, 니슬소체(리보솜과 소포체의 덩어리)

                        뉴런 전체에 양분 공금, 뉴런의 생장과 물질 대사 조절

  ② 수상돌기: 신경세포체에서 나뭇가지 모양으로 나온 짧은 돌기

            수초- 슈반세포의 세포막이 변해서 된 것으로 절연체 역할

            랑비에 결절- 슈반세포와 슈반세포 사이에 수초가 없어 축색돌기가 노출된 부분

            다른 뉴런의 수상돌기와 연결

b         

 2) 뉴런의 종류

  ① 기능에 따른 분류: 감각뉴런, 연합뉴런, 운동뉴런

   ㄱ. 감각뉴런: 감각기관에서 수용한 자극을 중추신경계로 전달

                       신경세포체는 축색돌기의 한쪽 앞에 위치

   ㄴ. 운동뉴런: 중추신경계의 판단과 명령을 근육이나 분비 조직 등의 효과기(반응기)에 전달

                       축색돌기 길고, 신경세포체가 비교적 크다.

   ㄷ. 연합뉴런: 감각뉴런과 운동뉴런 사이에서 흥분을 중계하는 역할

                       뇌와 척수에 존재. 수상돌기가 많음

  ② 구조에 따른 분류: 수초의 유무에 따라

   ㄱ. 유수신경: 축색돌기가 수초의 슈반초로 둘러싸여 있음. 흥분의 전도 속도가 빠름.

                       원구류를 제외한 척추동물에서 볼 수 있다.

   ㄴ. 무수신경: 축색돌기가 슈반초로만 둘러싸여 있음. 흥분의 전도 속도가 느리다.

                       척추동물의 교감신경, 무척추동물

 3) 뉴런의 흥분전도

     흥분의 전도: 뉴런이 자극을 받아 세포막에 전기화학적 변화가 일정한 방향으로 전도되는 것

                        수상돌기 → 축색돌기

  ① 휴지전위: 세포막이 이온을 선택적으로 투과시켜 세포막 안팎에 이온이 불균등하게 분포하여 막 바

                    깥쪽은 양전하(+)를, 안쪽은 음전하(-)를 띠어 나타나는 막 안팎의 전위차

                         → 대전된 상태: “분극되었다.”

                   : 휴지전위가 유지되는 것

                    - 세포막이 에너지를 소비하면서 Na⁺는 세포밖으로, K⁺는 세포안으로 이동 시킴.

                       이때 K⁺는 세포막을 통해 세포 밖으로 확산, Na⁺는 거의 확산 못해 바깥쪽이 양전하를 띰

                       K⁺와 결합했던 단백질 음이온은 세포 밖으로 나갈 수 없으므로 막 안쪽은 음전하를 띰

                    → 휴지전위 막 안쪽: -60 ~ -90mV

  ② 활동전위의 발생

   ㄱ. 역치이상의 자극 → 세포막의 Na⁺투과성 증가, Na⁺ 세포내로 유입

                                 → 막 바깥 음전하, 막 안쪽이 양전하: 탈분극

   ㄴ. 막 안쪽의 전위: +30 ~ +40 mV ← 활동전위

   ㄷ. 활동전위가 생기면 옆 부분의 세포막도 탈분극되어 활동전위 생김 ∴) 흥분 전도

  ③ 재분극 : 역전된 막 전위가 세포막이 투과성을 회복하면서 휴지전위로 돌아가는 것.

 *) 유수신경에서의 도약전도

   : 유수신경에 역치 이상의 자극을 주면 수초가 없는 랑비에 결절에서만 탈분극이 일어나 활동전위 생김

    → 도약전도: 무수신경에 비해 에너지 소모 적고, 흥분전도 속도도 대단히 빠르다.

 *) 무수신경: 축색의 지름이 커질수록 흥분 전도의 속도 증가

⇒ 진화과정에서 신경계는 축색의 지름이 커지거나 축색이 수초로 싸이는 쪽으로 발달.

 4) 흥분의 전달

  ① 시냅스: 한 뉴런의 축색돌기 말단과 다른 뉴런의 수상돌기나 신경세포가 20nm 정도의 틈을 두고 접

                 속해 있는 접속부

      시냅스틈: 뉴런 사이의 틈

  ② 흥분전도

      : 화학전달물질(아세틸콜린) 방출 → 시냅스틈을 통해 확산 → 다음 뉴런의 막투과성 변화

        → 전기화학적 변화 → 흥분 전해짐

  ③ 흥분 전도 방향: 축색돌기 → 다음 뉴런의 수상돌기

                             ∵) 시냅스 소포가 축색돌기 말단에만 있으므로

                                 (신경말단과 근육의 접속부의 흥분 전달: 화학 전달 물질에 의해)

4. 신경계의 종류

 1) 산만 신경계: 뉴런이 온몸에 퍼져 있고 그물 모양으로 서로 연결되어 있어 한 부분이 자극을 받으면                            그 흥분이 온몸에 전달되나 흥분을 통합하고 조절하는 중추는 없다.

              예) 강장동물

 2) 집중 신경계: 신경 세포들이 한곳에 모여 신경절 또는 뇌를 형성하고 이들이 흥분을 통합, 조절

               이 중추 신경으로부터 말초 신경이 나와 몸의 각 부분에 분포하는 신경계

  ① 사다리 신경계: 좌우의 신경절은 가로, 세로로 이어져 사다리 모양으로 됨

            예) 편형동물, 환형동물, 절지동물

  ② 신경절 신경계: 내장, 머리, 다리에 신경절이 있음

            예) 연체동물

  ③ 관상 신경계: 뇌가 있고 척수가 그 뒤를 이음, 중추 신경계는 내부에 공간이 있어 관 모양을 함

            예) 척추동물   

5. 신경계의 구조와 기능

 1) 중추신경계: 뇌, 척수

  ① 뇌: 모든 행동을 통합, 조절

           세 겹의 뇌막을 싸여 있고 두개골에 의해 보호

           대뇌, 소뇌, 뇌간으로 구분(뇌간- 생명유지의 중추적인 역할: 간뇌, 중뇌, 연수)

   ㄱ. 대뇌: 좌우 두개의 반구, 표면에 주름 많음 → 표면적 넓다.

                대뇌 피질-회백질(←뉴런의 세포체로 구성) / 대뇌 수질- 백질(← 축색돌기로 구성)

                대뇌 피질; 대뇌의 기능이 대부분 이루어짐

        a. 위치에 따라: 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽

        b. 기능에 따라: 감각령(감각을 느낌), 운동령(수의 운동을 조절), 연합령(정신활동담당)

       대뇌의 좌반구와 우반구에서 나오는 신경: 연수에서 교차

                     - 좌반구: 몸의 오른쪽의 감각과 운동 지배 / 우반구: 몸의 왼쪽 감각과 운동 지배

   ㄴ. 소뇌: 좌우 두 반구

                수의 운동을 조절, 몸의 균형유지

   ㄷ. 간뇌: 시상

          시상하부- 체온, 심장박동, 혈압 등을 조절하는 자율신경의 통합 중추

                          뇌하수체와 함께 항상성 유지에 중요

   ㄹ. 중뇌: 안구의 운동, 홍채의 수축(동공반사) 등을 조절

   ㅁ. 연수: 호흡운동, 심장박동, 소화운동, 재채기, 하품, 침 분비 등의 반사 중추

*) 사람의 뇌신경의 종류와 기능

  ② 척수: 피질- 백질 / 수질- 회백질(H자 모양)

     a. 전근: 배쪽에서 나가는 운동신경

         후근: 등쪽으로 들어가는 감각신경

     b. 뇌와 각 부분 사이의 흥분전달 통로

     c. 순간적인 반사 운동, 무릎반사, 갓난 아이의 배뇨, 배변 반사의 중추

 2) 말초신경계

    : 중추신경계로부터 온몸의 조직이나 기관에 퍼져 있는 신경

      체성신경계, 자율신경계

  ① 체성신경계: 얼굴에 퍼져 있는 12쌍의 뇌신경, 몸통과 팔다리에 퍼져 있는 31쌍의 척수신경

                         (뇌신경 중 미주신경은 소화관, 심장 등에 연결되는 자율신경)

                        감각신경, 운동시경

  ② 자율신경계: 뇌나 척수에서 나와 내장기관과 혈관 등에 분포

                        순환, 호흡, 소화, 호르몬 분비 등 생명 유지에 필수적인 기능을 자율적으로 조절

                          (대뇌의 직접적인 영향 없음)

                        교감신경, 부교감 신경- 모든 내장기관에 분포: 기관의 작용을 길항적으로 조절

                        운동신경만으로 되어 있음

                        2개의 뉴런으로 구성(중추신경계 → 목표기관까지) ∴) 반드시 한 곳의 시냅스 가짐

                           : 시냅스 전 뉴런(절전섬유), 시냅스 후 뉴런(절후섬유)

   ㄱ. 교감신경과 부교감신경의 비교

   ㄴ. 자율신경의 길항작용

   ㄷ. 중추신경계에 영향을 주는 습관성 약물의 작용

        말초신경계의 신경전달 물질- 아세틸콜린, 노르아드레날린

        뇌의 주요 신경전달물질- 노르아드레날린, 도파민, 히스타민, 세로토닌, 엔케팔린, 엔도르핀

        습관성 약물: 신경전달물질과 관련되어 중추신경계에 영향

            a. 암페타민; 뇌를 자극, 혈압, 심장박동 증가시키는 노르아드레날린과 유사한 작용

            b. 코카인: 노르아드레날린, 세로토닌, 도파민과 같은 시경전달물질의 작용 증가시켜 환각작용

            c. LSD: 시냅스에서 신경전달물질의 작용을 흉내 내어 환각작용