この 章 で 学ぶ こと
動物 は 外界 の 刺激 を 受 け 取 り、 神経 で 情報 を 伝 え、 効果器 で 反応 す る こ と で、 環境 の 変化 に 適応 し て 生 き て い ま す。 こ の 一連 の しくみ を 学 ぶ の が 第 6 章 で す。
- ヒト の 5 つ の 受容器 (眼・耳・鼻・舌・皮膚) と 適刺激 が 言 え る
- ニューロン の 構造 と 活動電位 の しくみ を 理解 す る
- シナプス で の 興奮伝達 と 神経伝達物質 の 役割 を 知 る
- 筋収縮 が 滑り説 で 起 こ る こ と を 説明 で き る
- 生得的行動 (本能) と 学習 を 区別 で き る
- 神経系・眼等 の 検査 を 受 け る 際 の 安全配慮 を 知 る
ポイント: 「受容器 → 感覚神経 → 中枢神経 → 運動神経 → 効果器」 と い う 矢印 が 第 6 章 の 全 て の 基本 で す。 こ の 流 れ を 念頭 に 章 を 読 み 進 め て く だ さ い。
**[[ニューロン]]** (神経細胞) の 構造。 [[細胞体|さいぼうたい]] か ら 短 い 突起 **[[樹状突起|きじょうとっき]]** (入力) と 長 い 突起 **[[軸索|じくさく]]** (出力) が の び る。 軸索 の 末端 **[[シナプス]]** で 次 の ニューロン に 信号 を 伝 え る。
**[[ヒト]]** の **[[脳|のう]]** (側面)。 大脳 (思考・記憶・感覚)・小脳 (運動調整)・脳幹 (生命維持) か ら な る。 ヒト の 大脳[[新皮質|しんひしつ]] が 著 しく 発達 し て い る こ と が 特徴。
1. 受容器 — 外界 を 感じる 入り口
刺激 を 受 け 取 る 細胞 や 器官 を 受容器 と 言 い ま す。 受容器 は それ ぞ れ 決 ま っ た 種類 の 刺激 (適刺激) に 強 く 反応 す る よ う に で きて い ま す。
ヒト の 主 な 受容器 と 適刺激
| 受容器 | 適刺激 | 受容細胞 |
|---|---|---|
| 眼 (網膜) | 光 (波長約 400-800 nm の 可視光線) | 錐体細胞・桿体細胞 |
| 耳 (うずまき管) | 音 (空気 の 振動約 20-20000 Hz) | 聴細胞 |
| 半規管・前庭 | 体 の 回転・傾 き | 有毛細胞 |
| 鼻 (嗅上皮) | 空気中 の 化学物質 | 嗅細胞 |
| 舌 (味蕾) | 水 に 溶 け た 化学物質 | 味細胞 |
| 皮膚 | 圧・温・冷・痛 | 多様 な 受容体 |
大事: 適刺激以外 で も 強 く 受 け る と 受容器 は 反応 し ま す。 例: 目 を こ す る と 「光 が 見 え る」 (圧 を 光 と 誤認) — こ れ は 「眼 は 何 が 来 て も 光 と し て 脳 に 送 る」 か ら で す。
眼 の 構造 と 視覚
眼球 の 構造 を カメラ と 比較 す る と 理解 し や す い:
| 眼 の 部位 | は た ら き | カメラ の 対応 |
|---|---|---|
| 角膜 | 光 を 屈折 さ せ て 入 れ る | レンズ カバー |
| 水晶体 | ピント 調節 | レンズ |
| 虹彩 | 入 る 光量 を 調節 | 絞 り |
| 網膜 | 光 を 受 け 取 る | フィルム / セ ンサー |
| 視神経 | 信号 を 脳 へ 送 る | ケーブル |
網膜 に は 2 種類 の 視細胞 が あ り ま す:
- 錐体細胞 (cone) — 明 る い 場所 で 働 き、 色 を 見分 け る (赤・緑・青 の 3 種類)
- 桿体細胞 (rod) — 暗 い 場所 で 働 き、 明暗 を 見分 け る が 色 は 見 え ない
ポイント: 暗 い 場所 で 色 が わ か り に く い の は、 錐体細胞 が 働 き に く く 桿体細胞 だ け で 見 て い る か ら。 「暗順応」 (暗闇 で 目 が 慣 れ る) は ロドプシン (桿体細胞 の 視物質) が 再合成 さ れ る た め。
耳 の 構造 と 聴覚・平衡覚
耳 は 2 つ の 感覚 を 担当 し ま す:
- 聴覚 (音 を 聞 く)
- 平衡覚 (体 の 傾 き と 回転 を 知 る)
音 が 聴覚 と し て 認識 さ れ る ま で の 流 れ:
- 音 (空気振動) が 外耳道 に 入 り 鼓膜 を 振動 さ せ る
- 耳小骨 (つち・きぬた・あぶみ 骨) で 振動 が 増幅 さ れ る
- うずまき管 (蝸牛) の リンパ 液 を 振動 さ せ る
- 基底膜 上 の 聴細胞 が 振動 を 感知 し、 興奮 を 生 じ る
- 聴神経 で 大脳 の 聴覚野 へ 伝 え ら れ る
平衡覚 は 半規管 (回転検出) と 前庭 (傾 き・直線加速) が 担当 し ま す。
2. ニューロン と 興奮 の しくみ
神経 の はたらき を 担 う 細胞 を ニューロン (神経細胞) と 言 い ま す。 ヒト の 脳 に は 約 860 億個 の ニューロン が あ り、 互 い に つ な が り 合 っ て 情報 を や り 取 り し ま す。
ニューロン の 基本構造
ニューロン は 3 つ の 主要部分 で 構成 さ れ ま す:
| 部位 | は た ら き |
|---|
| **[[細胞体 | さいぼうたい]]** |
| **[[樹状突起 | きじょうとっき]]** |
| **[[軸索 | じくさく]]** |
軸索 を ミエリン鞘 (髄鞘) が 巻 い て い る も の を 有髄神経 と 言 い、 巻 い て い な い も の を 無髄神経 と 言 い ます。 ミエリン鞘 の 切 れ 目 (ランビエ絞輪) で 興奮 が 飛 び 飛 び に 伝 わ る (跳躍伝導) た め、 有髄神経 の 方 が 速 く 伝 わ り ま す。
静止電位 と 活動電位
ニューロン の 細胞膜 は、 何 も し て い な い 時 で も 静止電位 (約 -70 mV) を 持 っ て い ま す。 こ れ は 細胞 の 内側 が 外側 よ り 電気的 に マイナス と い う 意味 で、 主 に ナトリウム ポンプ が ナトリウム イオン (Na⁺) を 外 へ、 カリウム イオン (K⁺) を 内 へ (ATP を 使 い な が ら) 運 ぶ 結果 で す。
刺激 が あ る 強 さ (閾値) を 超 え る と、 一瞬 に 電位 が 逆転 す る こ と が あ り ま す。 こ れ を 活動電位 と 言 い ま す。
活動電位 の 流れ
- 刺激 で Na⁺ チャネル が 開 く
- Na⁺ が 細胞内 へ 流 れ 込 み、 内側 が プラス に な る (脱分極)
- ピーク (約 +30 mV) に 達 す る と Na⁺ チャネル が 閉 じ、 K⁺ チャネル が 開 く
- K⁺ が 細胞外 へ 出 て 内側 が 再 び マイナス に 戻 る (再分極)
- ナトリウム ポンプ が 元 の イオン 配置 に 戻 す
大事: 活動電位 は 「全か無か の 法則」 に 従 い ま す。 閾値未満 で は 全 く 発生 せ ず、 閾値以上 な ら 常 に 同 じ 大 き さ の 活動電位 が 発生 し ま す。 刺激 の 強弱 は 活動電位 の 発生頻度 で 表 さ れ ま す。
興奮 の 伝導速度
| 神経 の 種類 | 伝導速度 |
|---|---|
| 太 い 有髄神経 (運動神経等) | 約 100 m/秒 |
| 細 い 有髄神経 | 約 10-30 m/秒 |
| 無髄神経 | 約 1 m/秒以下 |
ポイント: ミエリン鞘 が あ る ほ ど 速 い。 多発性硬化症 (MS) は ミエリン鞘 が 壊 れ る 病気 で、 神経 の 伝導 が 遅 く な り 麻痺 や 視力障害 が 起 こ り ま す。
3. シナプス — ニューロン から ニューロン へ
ニューロン と ニューロン の つ な ぎ 目 を シナプス と 言 い ま す。 シナプス で は 神経伝達物質 と い う 化学物質 を 介 し て 情報 が 伝 わ り ま す (化学シナプス)。
シナプス で の 伝達 の 流れ
- 活動電位 が シナプス前細胞 の 末端 (シナプス 小頭) に 到達
- Ca²⁺ チャネル が 開 き、 Ca²⁺ が 流 れ 込 む
- シナプス小胞 が 細胞膜 と 融合 し、 神経伝達物質 を シナプス間隙 へ 放出
- 神経伝達物質 が シナプス後細胞 の 受容体 に 結合
- 後細胞 で イオン チャネル が 開 き、 活動電位 が 発生 (ま た は 抑制)
主 な 神経伝達物質
| 物質 | は た ら き | 関連 |
|---|
| アセチルコリン | 神経 → 筋肉 (運動)、 副交感神経 | [[重症筋無力症 |
| ノルアドレナリン | 交感神経・覚醒・集中 | ストレス 反応 |
| ドーパミン | 快感・意欲・運動制御 | [[パーキンソン病 |
| セロトニン | 気分安定・睡眠 | う つ 病治療薬 が 標的 |
| GABA | [[抑制性 | よくせいせい]] (脳 を 落 ち 着 か せ る) |
| **[[グルタミン酸 | ぐるたみんさん]]** | [[興奮性 |
大事: 興奮性シナプス は 後細胞 を 興奮 さ せ、 抑制性シナプス は 抑制 し ま す。 1 つ の ニューロン は 多 く の シナプス か ら 興奮性・抑制性 の 入力 を 同時 に 受 け、 そ の 総和 が 閾値 を 超 え た 時 に 初 め て 活動電位 を 出 し ま す (時間的加重・空間的加重)。
シナプス は なぜ 一方向 か
シナプス で は 神経伝達物質 は 必 ず 前細胞 か ら 後細胞 へ と 伝 わ り ま す。 後細胞 に は 受容体 が あ る が、 前細胞 に は 受容体 が ほ と ん ど ない か ら で す。 こ の 一方向性 に よ り、 神経回路 の 流 れ が 決 ま り、 規則的 な 情報処理 が で き ま す。
4. 神経系 の 全体構造
ヒト の 神経系 は 大 き く 2 つ に 分 か れ ま す:
| 区分 | 内容 |
|---|
| **[[中枢神経 | ちゅうすうしんけい]]** |
| **[[末梢神経 | まっしょうしんけい]]** |
脳 の 主要部位 と はたらき
| 部位 | は た ら き |
|---|
| **[[大脳 | だいのう]]** |
| **[[小脳 | しょうのう]]** |
| **[[間脳 | まのう]]** ([[視床 |
| **[[中脳 | ちゅうのう]]** |
| **[[延髄 | えんずい]]** |
| **[[脊髄 | せきずい]]** |
反射 — 脳 を 経由 し ない 速い 反応
熱 い 物 に 触 れ た 時 に 思 わ ず 手 を 引 く の は 反射 で す。 反射 は 脊髄 や 延髄 で 感覚神経 と 運動神経 が 直接 つ な が る た め、 大脳 の 判断 を 待 た ず 速 く 反応 で き ま す (反射弓)。
ポイント: 反射 は 「受容器 → 感覚神経 → 脊髄 → 運動神経 → 効果器」 の 5 ステップ。 大脳 を 経由 し ない の で 0.1 秒程度 で 反応 で き ま す。 例: 膝蓋腱反射 (膝 を 叩 く と 足 が 上 が る)、 瞳孔反射。
5. 効果器 — 筋肉 の しくみ
神経 か ら の 命令 を 受 け て 動 く 器官 を 効果器 と 言 い ま す。 代表例 が 筋肉 で す。
筋肉 の 3 種類
| 種類 | 場所 | 制御 |
|---|
| **[[骨格筋 | こっかくすじ]]** | 骨 に 付 く |
| **[[心筋 | しんきん]]** | 心臓 |
| **[[平滑筋 | へいかつすじ]]** | 内臓・血管壁 |
骨格筋 の 構造
骨格筋 を 顕微鏡 で 見 る と、 横紋 (しま 模 様) が 見 え ま す。 こ の しま は 筋原繊維 に 並 ん だ サルコメア (筋節) の 繰 り 返 し に よ る も の で す。
サルコメア の 中 に は 2 種類 の フィラメント が あ り ま す:
- 太いフィラメント — ミオシン か ら な る
- 細いフィラメント — アクチン か ら な る
筋収縮 の しくみ — 滑り 説
筋肉 が 縮 む 時、 フィラメント 自体 は 縮 ま ず、 アクチン と ミオシン が 互 い に 滑 り 合 う こ と で サルコメア が 短 く な り ま す。 こ れ を 滑り説 (スライディング フィラメント 説) と 言 い ま す。
筋収縮 の 流 れ:
- 運動神経 か ら の 活動電位 が 神経筋接合部 へ 到達
- アセチルコリン が 放出 さ れ、 筋線維膜 で 活動電位 が 発生
- 筋線維内 の 筋小胞体 か ら Ca²⁺ が 放出
- Ca²⁺ が トロポニン に 結合 し、 トロポミオシン の アクチン結合部位 を 露出
- ミオシン頭部 が ATP を 分解 し て エネルギー を 得 て、 アクチン を 引 き 寄 せ る (クロスブリッジ サイクル)
- サルコメア が 短 く な り、 筋肉 が 縮 む
大事: 筋収縮 に は ATP と Ca²⁺ が 必須。 死後、 ATP が 枯渇 す る と ミオシン が アクチン か ら 外 れ ら れ ず 硬 く な り ま す (死後硬直)。
筋肉 が 疲れる しくみ
激 し い 運動 を 続 け る と:
- ATP が 枯渇 す る
- グリコーゲン が 分解 さ れ 乳酸 が 蓄積 す る
- pH が 下 が り 酵素 の は た ら き が 落 ち る
こ れ ら が 重 な り 筋疲労 が 起 こ り ま す。 休息 す る と 乳酸 は 肝臓 で グルコース に 戻 さ れ (コリ回路)、 筋肉 は 回復 し ま す。
6. 動物 の 行動 — 生得的行動 と 学習
動物 の 行動 は 大 き く 2 つ に 分 け ら れ ま す:
| 行動 の 種類 | 内容 | 例 |
|---|---|---|
| 生得的行動 | 生 ま れ つ き 持 っ て い る | 走性・反射・本能行動 |
| 学習行動 | 経験 に よ り 後天的 に 獲得 | 慣れ・古典的条件づけ・試行錯誤・知能行動 |
生得的行動 の 例
- 走性 — 刺激 の 方向 に 動 く こ と。 例: ガ が 光 に 集 ま る (正 の 走光性)・ミミズ が 光 を 避 け る (負 の 走光性)
- 本能行動 — 種 に 固有 の 一連 の 動作。 例: トゲウオ の オス の なわばり行動・産卵行動
- フェロモン — 同種 の 個体間 で 信号 と し て 働 く 化学物質。 例: ガ の 性 フェロモン
学習 の 種類
| 学習 | 内容 | 例 |
|---|
| **[[慣れ | なれ]]** | 同 じ [[刺激 |
| **[[古典的条件づけ | こてんてきじょうけんづけ]]** | 別 の [[刺激 |
| **[[試行錯誤 | しこうさくご]]** | 何度 も 試 し て 正解 を 見 つ け る |
| **[[知能行動 | ちのうこうどう]]** | 経験 か ら 推論 し て 解 く |
| **[[刷り込み | すりこみ]]** | 生後早期 の 短期間 に 親等 を 覚 え る |
大事: 古典的条件づけ (パブロフ) — ベル の 音 と エサ を 何度 も 一緒 に 与 え る と、 ベル の 音 だ け で 犬 が よ だ れ を 出 す よ う に な る。 こ れ は 「ベル = エサ」 と 学習 し た 結果 で す。
7. ふりかえり
- [ ]受容器 と 適刺激 (眼 = 光、 耳 = 音等) を 言 え る
- [ ]錐体細胞 (色) と 桿体細胞 (明暗) の 違 い を 言 え る
- [ ]ニューロン の 構造 (細胞体・樹状突起・軸索) と 活動電位 の しくみ を 説明 で き る
- [ ]全か無かの法則 を 理解 し て い る
- [ ]シナプス で の 神経伝達物質 の 役割 を 知 る
- [ ]反射 が 脊髄 で 起 こ り 大脳 を 経 ない こ と を 説明 で き る
- [ ]筋収縮 の 滑り説 を アクチン と ミオシン で 説明 で き る
- [ ]生得的行動 と 学習 を 区別 で き、 例 を あ げ ら れ る
この 章 の 安全配慮
- 視力 や 聴力 の 検査 は 学校検診 や 眼科・耳鼻科 で 定期的 に 受 け る。 異常 (見 え に く い・耳鳴 り 等) を 感 じ た ら 早 め に 受診
- スマホ や ゲーム の 長時間使用 は 眼精疲労 や ドライアイ の 原因 に な る。 1 時間 ご と に 5-10 分 の 休憩、 20-20-20 ルール (20 分 ご と に 20 フィート 先 を 20 秒見 る) を 心掛 け る
- イヤホン で 大音量 を 続 け る と 音響性難聴 に な る。 周 り の 音 が 聞 こ え る 程度 の 音量 で
- 神経系 に 異常 を 感 じ た 時 (片側 だ け 動 か な い・ろ れ つ が 回 ら ない 等) は 脳卒中 の 可能性 が あ り、 一刻 も 早 く 救急 (119) を 呼 ぶ
- 筋肉 の 痙攣 や 強 い 痛 み が 続 く 場合 は 過度 な 運動 を 中止 し、 水分・電解質 を 補給 し て 休 む
次 の 章: 第 7 章 で は、 動 か な い よ う に 見 え る 植物 が ど の よう に 環境 を 感 じ、 ホルモン で 反応 す る か を 学 び ま す。 動物 と は 違 う 「植物流 の 応答」 を 知 り ま しょ う。