30ミリ秒の脱出

生徒は、目から脚の筋肉まで約30ミリ秒で伝わる反射をたどり、すばやい脱出が巨大線維というただ1つのつなぎ目にかかっていることを示します。

みんなで見られる画面があると便利ですが、必須ではありません。プロジェクター、テレビ、クラス全員に見えるパソコンの画面のどれでもかまいません。生徒には、インターネットにつながる端末が必要です。できれば2人に1台（ノートパソコン、タブレット、スマートフォンのいずれか）用意してください。インストールもアカウントも不要です。どのレッスンも画面の見方の短い説明から始まり、科学用語はタップすると説明が出ます。

反射弓

3つの部分からなる反射の経路がまるごと見られます。感覚の側（目が見たものを知らせる接近検出ニューロン）、中継（巨大線維）、運動ニューロン（ジャンプニューロン）です。膝蓋腱反射とちがい、この中継は脳を通ります。

ネットワークの構造が行動を決めるしくみ

信号は、数百個の接近検出ニューロンから巨大線維へとしぼりこまれます。このボトルネックがあるので、1種類の細胞をオフにするだけで行動が消えます。

シナプスと神経伝達物質

巨大線維は太く、そのため信号が速く伝わります。本物のハエでは、いちばん速い種類である電気シナプスも使います。モデルにあるのは化学シナプスだけです。

1. 5分

   導入の問い

   「ハエをたたくのは、どうしてこんなにむずかしいのでしょう？」とたずねてください。いくつか考えを集めたあと、これからハエの脱出にかかる時間をはかり、そのうらにある「電線」を見つける、と伝えます。

2. 10分

   「しくみを見せて」で実演

   授業モードで、みんなで見られる画面（プロジェクター、テレビ、パソコンの画面）にレッスンを映し、「しくみを見せて」を押してください。再生に合わせて、各ステップを声に出して読みます。共有の画面がないときは、生徒が自分の端末で同じ実演を開きます。実演はレッスンの問いのところで止まります。ここではまだ答えを言わないでください。

3. 20分

   生徒が自分で試す

   生徒は2人1組で、自分たちの端末とワークシートを使って取り組みます。タップする前に毎回予想を書き、レッスンを進めて問いに答え、自由実験も試します。

4. 10分

   話し合い

   レッスンの問いに対する各ペアの答えを集め、そのあと下の話し合いの問いを使ってください。最後に、このモデルが省いていることを取り上げます。

ドロールが休んでいるとハエたたきがふり下ろされ、約30ミリ秒で跳んで逃げます。このストーリーは、「脳の中の何が、そんなに速くはたらけるのか？」という問いにつながります。

レッスンは、ハエのドロールが登場する短いマンガから始まります。コマを読み聞かせるか、生徒に読ませてください。1分ほどで終わります。最後のコマは、ミッション達成の画面にもう一度出てきます。

レッスンを画面に映してください。4つの段階のそれぞれで止まり、その段階の問いをたずねてからズームインします。段階のボタンを押すと好きな段階に移れます。虫めがねのボタンを押せば、レッスンのどこからでもズームを開き直せます。

1. ハエ

   ハエが逃げるには、この体のどの部分が必要でしょうか？

2. 脳

   信号は目から始まり、脚で終わります。とちゅうでどこを通らなければならないでしょうか？

3. 回路

   青い細胞は数百個、赤い線は左右に1本ずつのたった2本です。この道すじについて、何に気づきますか？

4. ニューロン

   この1個の細胞は、とびぬけて太くなっています。太い電線は、なぜすばやい脱出の役に立つのでしょうか？

体と脳は別々の2匹のハエのもので、実際の大きさの比率で重ねて表示しています。このことをクラスに伝えてください。

「オフにする」のステップの前に、生徒は何が起きると思うかを選びます。まず手を挙げさせて、クラスの予想を確かめてください。採点はなく、予想がはずれても何も失いません。

1. ステップ1

   ハエたたきがハエめがけて振り下ろされます。「刺激する」をタップして、接近検出ニューロン（ハエたたき発見係）を発火させましょう。

   青い接近検出ニューロンがまず光り、ほとんど同時に赤い巨大線維が続きます。

2. ステップ2

   もう一度「刺激する」をタップしてください。巨大線維（脱出用の電線）をたどって、神経索（脊髄のようなもの）まで下りていきましょう。

   活動が巨大線維を下って神経索に入り、黄色のジャンプニューロンがハエの時間で30ミリ秒以内に発火します。

3. ステップ3

   今度は、巨大線維（脱出用の電線）の「オフにする」をタップしてください。ハエたたきはこちらで送ります。ジャンプニューロン（脚をけり出す係）をよく見ていてください。

   青は光りますが、赤は暗いままで、黄色は発火しません。ハエにはハエたたきが見えていたのに、その知らせが脚まで届かなかったのです。

4. ステップ4

   巨大線維（脱出用の電線）の「オンにする」をタップして、元に戻しましょう。同じハエたたきを送ります。

   巨大線維をオンに戻すと、すぐに黄色がまた発火します。

巨大線維（脱出用の電線）をオフにしました。脚をけり出す係が暗いままだったのはなぜでしょう？

正しい選択肢: 脱出用の電線が、ジャンプの信号を脚をけり出す係に運んでいるから。

巨大線維は、ジャンプの信号を接近検出ニューロンからジャンプニューロンへ運びます。巨大線維がオフのときも、青い細胞が光るのでハエにはハエたたきが見えていますが、信号は脚に届く前に止まります。レッスンの最後のステップにあるとおり、本物のハエにはもっとゆっくり逃げる方法もあります。

1. この脱出は、まばたきよりも速く起こります。経路のどんな特徴が、これほどの速さを生んでいるのでしょうか？
2. 速い脱出ルートを1つと、もっと遅いルートをいくつかもっていると、動物にとってどんな点で役に立つでしょうか？
3. この経路を、熱いものから手を引っこめるときのような、知っているヒトの反射とくらべてみましょう。同じところと、ちがうところはどこですか？

• 生徒が考えがちなこと： ハエは、ジャンプしようと決めている。

  対応のしかた： いちばん速いジャンプは、反射のようにはたらきます。配線が信号をそのまま最後まで運びます。もっとゆっくりした脱出なら、跳ぶ向きをねらう時間が少しありますが、じっくり考える時間はありません。

• 生徒が考えがちなこと： ハエがジャンプしなかったのなら、ハエたたきが見えていなかったのだ。

  対応のしかた： オフにするステップで、この2つを切り分けられます。接近検出ニューロンは発火しているので、ハエには見えていました。見ることと動くことは、1つの経路の別々の段階です。

• 生徒が考えがちなこと： 脳全体から見れば、ニューロン1個は重要ではない。

  対応のしかた： ここでは、1種類の細胞がすばやい信号のすべてを運んでいます。経路が少数の細胞にしぼりこまれるところでは、その1つひとつがとても重要になります。

数値つきの全リスト

接近検出ニューロン.

ハエの目の奥にある神経細胞です。近づくハエたたきのように、視界の中で何かが急に大きくなると発火します。科学者はLC4、LPLC2と呼びます。

巨大線維.

脳から神経索までのびる、とても太い神経細胞です。ハエのいちばん速い脱出の信号を運びます。ハエには左右に1本ずつ、2本あります。

神経索.

ハエにとっての脊髄です。胸にある神経細胞の束で、脚と羽を動かします。

ジャンプニューロン.

まん中の脚のジャンプ用の筋肉を縮ませる運動ニューロンです。これでハエは空中へ飛び上がります。

反射弓.

反射がたどる道すじです。感覚ニューロンから、1つ以上の中継の細胞を通って、筋肉を動かす運動ニューロンへ伝わります。

感覚ニューロン.

光やにおいなど、外の世界のできごとをとらえて脳に知らせるニューロンです。

運動ニューロン.

筋肉へ指令を運び、筋肉を縮ませるニューロンです。

電気シナプス.

2つのニューロンを直接つなぐ通路で、信号をほとんどおくれなく伝えます。レッスンのもとになっている地図には、化学シナプスだけが記録されています。

この項目はまだ記入されていません。公式の生物カリキュラムとの対応は、生物の教員と確認を進めているところです。