뿌리학습 · 중학 과학탐구
자극의 전달과 신경계
우리는 주변의 변화를 알아차리고 그에 맞게 반응한다. 이때 몸이 알아차리는 주변의 변화를 자극이라 하고, 자극에 대해 몸이 보이는 움직임이나 변화를 반응이라 한다. 자극을 받아들이는 것은 감각 기관이고, 자극과 반응을 이어 주는 것이 신경계다.
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개념 정리
감각 기관은 저마다 받아들이는 자극이 정해져 있다. 눈은 빛을, 귀는 소리와 몸이 기울어지는 정도를, 코는 공기 중에 떠다니는 기체 상태의 화학 물질을, 혀는 침에 녹은 액체 상태의 화학 물질을 받아들인다. 피부는 접촉과 온도, 압력을 받아들인다. 자극의 종류가 맞아야 그 기관이 반응하며, 그래서 눈으로 소리를 들을 수는 없다.
여기서 표현 하나를 바로잡아 두자. 흔히 눈이 본다거나 귀가 듣는다고 말하지만, 감각 기관이 하는 일은 자극을 받아들여 신호로 바꾸어 보내는 것까지다. 그 신호를 해석해서 무엇인지 알아차리는 것은 뇌다. 감각 기관은 입구이고 판단은 뇌에서 이루어진다.
신호를 전달하는 세포를 뉴런이라고 한다. 뉴런은 신호를 받아들이는 가지 돌기, 핵이 있는 신경 세포체, 신호를 내보내는 축삭 돌기로 이루어진다. 신호는 일반적으로 가지 돌기에서 들어와 신경 세포체를 지나 축삭 돌기 끝으로 나가는 방향으로 전달된다. 그리고 뉴런과 신경은 같은 말이 아니다. 뉴런은 세포 하나이고, 그 뉴런들이 여러 개 모여 다발을 이룬 것이 신경이다.
뉴런은 하는 일에 따라 세 가지로 나뉜다. 감각 뉴런은 감각 기관이 받아들인 신호를 중추로 보내고, 연합 뉴런은 중추에서 그 신호를 받아 판단하며, 운동 뉴런은 판단 결과를 반응 기관으로 전달한다.
신경계는 위치와 역할에 따라 두 부분으로 나눈다. 뇌와 척수는 중추 신경계로, 들어온 신호를 판단하고 명령을 내린다. 중추에서 온몸으로 뻗어 나가 신호를 실어 나르는 신경들은 말초 신경계다. 중추라는 말은 중요하다는 뜻이 아니라 신호가 모이고 판단이 이루어지는 중심이라는 뜻이다.
이제 자극이 반응으로 이어지는 길을 순서대로 보자. 감각 기관이 자극을 받아들이면, 감각 신경이 그 신호를 중추 신경계로 보내고, 중추가 신호를 처리해 명령을 내리면, 운동 신경이 그 명령을 반응 기관에 전달해 반응이 일어난다. 감각 기관과 반응 기관만 떠올리기 쉽지만 가운데 중추가 신호를 처리하는 단계가 들어간다.
그런데 모든 반응이 뇌의 판단을 거치는 것은 아니다. 뜨거운 것에 손이 닿았을 때 우리는 뜨겁다고 생각하기도 전에 손을 움츠린다. 이런 반응에서는 척수가 중추 역할을 해 뇌의 의식적인 판단을 기다리지 않고 곧바로 명령이 나간다. 이것을 반사라고 하며, 경로가 짧기 때문에 반응이 매우 빠르다. 몸을 위험에서 재빨리 지키는 방법인 셈이다.
여기서 오해하기 쉬운 점이 있다. 뇌를 거치지 않는다는 말이 뇌가 전혀 모른다는 뜻은 아니다. 반응이 먼저 일어나고, 뇌는 조금 뒤에 뜨거웠다는 사실을 알게 된다. 순서가 다를 뿐 단절된 것이 아니다. 또 하나, 여기서 말하는 반사는 연습으로 빨라진 동작이 아니라 의식과 상관없이 자동으로 일어나는 반응이다.
마지막으로 신경에 의한 조절의 특징을 정리해 두자. 신경은 일반적으로 신호를 매우 빠르게 전달하지만 그 신호가 닿는 범위는 정해진 경로로 한정되고, 효과도 오래가지 않는 편이다. 몸을 조절하는 방법에는 이 밖에 호르몬을 이용하는 방법도 있는데, 속도와 범위와 지속 시간이 신경과는 다르다. 두 방식의 차이는 다음 단원에서 이어진다.
이 단원 시험에서 묻는 것
학교 시험은 교육과정 성취기준을 바탕으로 출제됩니다. 이 단원의 성취기준은 다음을 할 수 있는지 확인하도록 정하고 있습니다.
- [9과20-02]뉴런과 신경계의 구조와 기능을 이해하고, 자극에서 반응이 일어나기까지의 과정을 모형으로 설명할 수 있다.
자주 하는 착각
감각 기관과 자극
- 감각 기관이 자극을 느낀다고 본다. 눈으로 보고 귀로 듣는다는 표현이 익숙하기 때문이다. 감각 기관은 자극을 받아들여 신호로 바꿔 보낼 뿐이고, 실제로 느끼는 것은 뇌다. 눈이 본다기보다 눈이 받은 신호를 뇌가 해석한다고 해야 정확하다.
- 감각 기관마다 받아들이는 자극이 정해져 있다는 점을 놓친다. 감각을 하나의 능력으로 뭉뚱그리기 때문이다. 눈은 빛, 귀는 소리와 몸의 기울어짐, 코는 기체 상태의 화학 물질, 혀는 액체 상태의 화학 물질, 피부는 접촉과 온도와 압력을 받아들인다. 자극의 종류가 맞아야 그 기관이 반응한다.
뉴런과 신경계
- 뉴런과 신경을 같은 말로 쓴다. 둘 다 신호를 전달하는 것으로 배우기 때문이다. 뉴런은 신호를 전달하는 세포 하나이고, 신경은 그 뉴런들이 다발로 모인 구조다. 단위가 다르다.
- 신호가 뉴런 안에서 어느 방향으로든 간다고 본다. 그림에서 뉴런이 좌우 대칭으로 보이기 때문이다. 신호는 가지 돌기에서 받아 신경 세포체를 지나 축삭 돌기 끝으로 나가는 한 방향으로 흐른다.
- 중추 신경계와 말초 신경계를 위치가 아니라 중요도로 나눈다고 본다. 중추라는 말이 중요하다는 뜻으로 읽히기 때문이다. 기준은 위치와 역할이다. 뇌와 척수가 중추 신경계이고, 거기서 온몸으로 뻗어 나간 신경이 말초 신경계다.
자극에서 반응까지
- 자극에서 반응까지의 경로를 중추를 빼고 말한다. 감각 기관과 근육만 눈에 보이기 때문이다. 경로는 감각 기관, 감각 신경, 중추 신경계, 운동 신경, 반응 기관의 순서다. 중간에 중추에서 신호를 처리하는 단계가 들어간다.
- 모든 반응이 뇌를 거친다고 본다. 뇌가 몸의 사령탑이라고 배우기 때문이다. 뜨거운 것에 손이 먼저 움츠러드는 것처럼, 척수가 중추가 되어 뇌의 판단을 기다리지 않고 일어나는 반응이 있다. 이것을 반사라고 한다.
- 반사가 뇌와 무관하다고 본다. 뇌를 거치지 않는다는 설명을 뇌가 전혀 모른다는 뜻으로 받아들이기 때문이다. 반응이 먼저 일어나고 뇌는 그 뒤에 사실을 알게 된다. 순서의 문제이지 단절이 아니다.
- 반사가 훈련으로 익힌 빠른 동작이라고 본다. 운동선수의 반사 신경이라는 표현이 흔하기 때문이다. 여기서 다루는 반사는 의식과 상관없이 자동으로 일어나는 반응이다. 익혀서 빨라진 동작과는 다르다.
- 신경계의 조절과 호르몬의 조절을 같은 것으로 본다. 둘 다 몸을 조절한다고 배우기 때문이다. 신경은 일반적으로 신호를 빠르게 좁은 범위에 전달하고 효과가 짧은 편이다. 이 차이는 호르몬을 배울 때 곧바로 비교 대상이 된다.
이런 오개념, 나도 갖고 있을까?
눈이나 귀 같은 감각 기관이 자극을 직접 느낀다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
'눈으로 본다', '귀로 듣는다'는 표현이 일상적으로 익숙하다 보니 감각 기관이 자극을 느끼는 주체라고 생각하기 쉬워요. 실제로는 감각 기관은 자극을 받아들여 신호로 바꾸는 역할만 하고, 그 신호를 받아 해석하는 것은 뇌예요. 즉, 눈이 본다기보다 눈이 보낸 신호를 뇌가 해석한다고 이해하는 것이 더 정확해요.
각 감각 기관이 받아들일 수 있는 자극의 종류는 정해져 있어서, 그 종류에 맞는 자극이 와야만 반응한다.정답 보기
O (맞는 설명이에요)
감각을 하나의 능력으로 뭉뚱그려 생각하다 보면 어떤 기관이든 자극을 받으면 반응할 것이라고 여기기 쉬워요. 실제로는 눈은 빛, 귀는 소리와 몸의 기울어짐, 코는 기체 상태의 화학 물질, 혀는 액체 상태의 화학 물질, 피부는 접촉·온도·압력처럼 기관마다 받아들이는 자극의 종류가 따로 정해져 있어요. 자극의 종류가 그 기관에 맞지 않으면 해당 기관은 반응하지 않는답니다.
뉴런과 신경은 같은 의미로, 둘 다 신호를 전달하는 같은 단위의 구조를 가리킨다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
둘 다 신호 전달과 관련된 것으로 배우다 보니 같은 말로 혼용하기 쉬워요. 실제로는 뉴런과 신경은 단위가 달라서, 뉴런 여러 개가 모여 다발을 이룬 것이 신경이에요. 즉, 뉴런은 세포 하나의 수준이고, 신경은 그 세포들이 묶인 구조의 수준이에요.
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자주 묻는 질문
교육부 고시 제2022-33호 과학탐구 교육과정 기반