30밀리초 만의 탈출

학생들은 눈에서 다리 근육까지 약 30밀리초 만에 가는 반사를 따라가고, 빠른 탈출이 거대 섬유라는 연결 고리 하나에 달려 있다는 것을 보여 줘요.

함께 보는 화면이 있으면 좋지만 꼭 필요하지는 않아요. 프로젝터, TV, 또는 반 전체가 볼 수 있는 컴퓨터 화면이면 돼요. 학생들에게는 인터넷에 연결되는 기기가 필요하고, 두 명당 한 대면 좋아요. 노트북, 태블릿, 휴대폰 모두 괜찮아요. 설치할 것도, 만들 계정도 없어요. 수업마다 화면 읽는 법을 알려 주는 짧은 안내로 시작하고, 과학 용어는 모두 눌러서 설명을 볼 수 있어요.

반사궁

세 부분으로 된 반사 경로 전체예요. 감각 쪽(눈이 본 것을 알리는 접근 감지 뉴런), 중계(거대 섬유), 운동 뉴런(점프 뉴런)이에요. 무릎 반사와 달리 이 중계는 뇌를 거쳐 가요.

신경망의 구조가 행동을 결정하는 방식

신호는 수백 개의 접근 감지 뉴런에서 거대 섬유로 좁아져요. 이 병목 때문에 한 종류의 세포만 꺼도 행동이 사라져요.

시냅스와 신경전달물질

거대 섬유는 굵어서 신호가 빨라요. 실제 초파리에서는 가장 빠른 종류인 전기 시냅스도 쓰지만, 이 모델에는 화학 시냅스만 있어요.

1. 5분

   여는 질문

   이렇게 물어보세요. “파리를 잡기가 왜 그렇게 어려울까요?” 몇 가지 생각을 모은 다음, 오늘은 초파리의 탈출 시간을 재고 그 뒤에 숨은 전선을 찾아볼 거라고 말해 주세요.

2. 10분

   ‘어떻게 작동하는지 보여 주세요’로 시연하기

   수업을 교실 모드로 함께 보는 화면(프로젝터, TV, 컴퓨터 화면)에 띄우고 ‘어떻게 작동하는지 보여 주세요’를 누르세요. 재생되는 동안 각 단계를 소리 내어 읽어 주세요. 함께 보는 화면이 없으면 학생들이 각자 기기에서 같은 시연을 열면 돼요. 시연은 수업의 질문에서 멈춰요. 그 질문은 일단 답하지 않고 남겨 두세요.

3. 20분

   학생 탐구

   학생들은 둘씩 짝을 지어 자기 기기와 활동지로 활동해요. 버튼을 누르기 전마다 예상을 적고, 수업을 진행하고, 수업의 질문에 답한 다음 자유 실험을 해 봐요.

4. 10분

   토론

   수업의 질문에 각 짝이 고른 답을 모은 다음, 아래의 토론 질문을 활용하세요. 이 모델이 빠뜨린 것이 무엇인지 이야기하며 마무리하세요.

드로르이 쉬고 있을 때 파리채가 덮쳐 오고, 약 30밀리초 만에 뛰어올라 피해요. 이 이야기는 다음 질문으로 이어져요. 뇌 속의 무엇이 그렇게 빠를 수 있을까요?

수업은 초파리 드로르이 나오는 짧은 만화로 시작해요. 컷을 소리 내어 읽어 주거나 학생들이 직접 읽게 하세요. 1분쯤 걸려요. 마지막 컷은 미션 완료 화면에 다시 나와요.

수업을 화면에 띄우세요. 네 단계마다 멈추고, 확대하기 전에 그 단계의 질문을 던지세요. 단계 버튼을 누르면 원하는 단계로 바로 갈 수 있고, 돋보기 버튼을 누르면 수업 중 언제든 확대 여행을 다시 열 수 있어요.

1. 초파리

   초파리가 탈출하려면 이 몸의 어느 부분이 필요할까요?

2. 뇌

   신호는 눈에서 시작해 다리에서 끝나요. 가는 길에 어디를 지나야 할까요?

3. 회로

   파란색 세포는 수백 개인데, 빨간색 선은 양쪽에 하나씩 딱 두 개예요. 이 길에서 무엇이 눈에 띄나요?

4. 뉴런

   이 세포 하나는 유난히 굵어요. 굵은 전선이 빠른 탈출에 왜 도움이 될까요?

몸과 뇌는 서로 다른 초파리 두 마리에서 왔고, 실제 크기 비율대로 함께 보여 줘요. 이 점을 학생들에게 말해 주세요.

끄기 단계에 앞서 학생들은 어떤 일이 일어날지 골라요. 먼저 손을 들어 의견을 확인하세요. 점수를 매기지 않고, 틀려도 잃는 것이 없어요.

1. 1단계

   파리채가 초파리를 향해 휙 날아와요. ‘자극하기’를 눌러 접근 감지 뉴런 (파리채 파수꾼)을 발화시키세요.

   파란색 접근 감지 뉴런이 먼저 빛나고, 빨간색 거대 섬유가 거의 곧바로 뒤따라요.

2. 2단계

   ‘자극하기’를 다시 누르세요. 거대 섬유 (탈출 전선)를 따라 신경삭 (척수 같은 곳)까지 내려가 보세요.

   활동이 거대 섬유를 따라 신경삭으로 내려가고, 노란색 점프 뉴런이 초파리의 시간으로 30밀리초 안에 발화해요.

3. 3단계

   이제 거대 섬유 (탈출 전선)를 꺼 보세요. 파리채는 대신 보내 줄게요. 점프 뉴런 (발차기 담당)을 지켜보세요.

   파란색은 여전히 빛나고, 빨간색은 어두운 채로 있고, 노란색은 끝내 발화하지 않아요. 초파리는 파리채를 봤지만, 그 소식이 다리까지 가지 못했어요.

4. 4단계

   거대 섬유 (탈출 전선) 버튼을 한 번 더 눌러 다시 켜 보세요. 같은 파리채를 보내 줄게요.

   거대 섬유를 다시 켜자마자 노란색이 다시 발화해요.

거대 섬유 (탈출 전선)를 껐어요. 발차기 담당은 왜 계속 어두웠을까요?

정답: 탈출 전선이 점프 신호를 발차기 담당에게 전해 줘요.

거대 섬유는 점프 신호를 접근 감지 뉴런에서 점프 뉴런으로 전해요. 거대 섬유를 꺼도 파란색 세포가 빛나니 초파리는 여전히 파리채를 보지만, 신호는 다리에 닿기 전에 멈춰요. 수업의 마지막 단계에서 말하듯이, 실제 초파리에게는 더 느린 탈출 방법도 있어요.

1. 이 탈출은 눈 깜빡임보다 빨라요. 경로의 어떤 특징이 이렇게 빠르게 만들까요?
2. 빠른 탈출 경로 하나와 더 느린 경로 여러 개를 함께 갖는 것이 동물에게 왜 도움이 될까요?
3. 뜨거운 것에서 손을 떼는 것처럼 여러분이 아는 사람의 반사와 이 경로를 비교해 보세요. 무엇이 같고, 무엇이 다른가요?

• 학생들이 이렇게 생각할 수 있어요: 초파리는 뛰기로 결정한다.

  이렇게 바로잡아 주세요: 가장 빠른 점프는 반사처럼 일어나요. 배선이 신호를 그대로 끝까지 전해요. 더 느린 탈출에서는 점프 방향을 겨눌 시간이 조금 있지만, 곰곰이 생각할 시간은 없어요.

• 학생들이 이렇게 생각할 수 있어요: 초파리가 뛰지 않았다면 파리채를 못 본 것이다.

  이렇게 바로잡아 주세요: 끄기 단계가 이 둘을 갈라서 보여 줘요. 접근 감지 뉴런이 발화하니 초파리는 파리채를 본 거예요. 보는 것과 행동하는 것은 한 경로의 서로 다른 단계예요.

• 학생들이 이렇게 생각할 수 있어요: 뇌 전체에서 뉴런 하나는 중요할 수 없다.

  이렇게 바로잡아 주세요: 여기서는 한 종류의 세포가 빠른 신호를 전부 전해요. 경로가 몇 안 되는 세포로 좁아지는 곳에서는 세포 하나하나가 아주 중요해요.

숫자까지 담은 전체 목록

접근 감지 뉴런.

초파리 눈 뒤에 있는 신경 세포예요. 다가오는 파리채처럼 무언가가 눈앞에서 빠르게 커지면 발화해요. 과학자들은 LC4, LPLC2라고 불러요.

거대 섬유.

뇌에서 신경삭까지 뻗어 내려가는 아주 굵은 신경 세포예요. 초파리의 가장 빠른 탈출 신호를 전해요. 초파리에게는 양쪽에 하나씩, 모두 두 개가 있어요.

신경삭.

초파리의 척수 같은 곳이에요. 가슴 속에 있는 신경 세포 다발로, 다리와 날개를 조종해요.

점프 뉴런.

가운뎃다리의 점프 근육을 수축시키는 운동 뉴런이에요. 그래서 초파리가 공중으로 튀어 올라요.

반사궁.

반사가 지나가는 길이에요. 감각 뉴런에서 시작해 하나 이상의 중계 세포를 거쳐, 근육을 움직이는 운동 뉴런까지 이어져요.

감각 뉴런.

빛이나 냄새처럼 바깥세상의 무언가를 알아차려 뇌에 알리는 뉴런이에요.

운동 뉴런.

명령을 근육까지 전해서 근육을 수축시키는 뉴런이에요.

전기 시냅스.

두 뉴런을 곧바로 잇는 통로예요. 신호를 거의 지체 없이 전해요. 수업의 바탕이 되는 지도에는 화학 시냅스만 기록되어 있어요.

이 부분은 아직 채워지지 않았어요. 공식 생물 교육과정과 어떻게 맞는지 생물 교사들과 확인하고 있어요.