초파리가 냄새를 기억하는 법

학생들은 냄새가 수용체에서 그 기억을 읽는 세포까지 가는 길을 따라가고, 경로의 한 층을 끄면 그 뒤가 모두 끊긴다는 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.

시냅스와 신경전달물질

각 층은 시냅스를 통해 다음 층으로 신호를 넘겨요. 과학자들은 기억이란 케니언 세포에서 출력 뉴런으로 가는 시냅스의 세기가 바뀌는 것이라고 생각해요.

신경망의 구조가 행동을 결정하는 방식

이 경로는 여러 층이 사슬처럼 이어져 있어요. 그래서 케니언 세포를 끄면 냄새가 여전히 들어와도 출력 뉴런이 어두워져요.

흥분과 억제

‘자극하기’는 세포를 흥분시키고 ‘끄기’는 세포를 억눌러 둬요. 이 두 가지가 수업의 도구예요. 회로의 이 부분에서는 각 층이 다음 층을 흥분시켜요.

1. 5분

   여는 질문

   이렇게 물어보세요. “어떤 냄새가 전에 맡아 본 냄새라는 걸 뇌는 어떻게 알까요?” 몇 가지 추측을 들어 본 다음, 오늘은 초파리 안에서 그 답을 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.

드로르은 잘 익은 복숭아 냄새를 맡고, 지난번에 그 냄새가 먹이로 이끌어 주었던 것을 알아차리고, 바람을 거슬러 냄새를 따라가요. 이 이야기는 다음 질문으로 이어져요. 그 기억은 뇌의 어디에 보관되어 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

   이 몸에서 코를 찾는다면 어디를 보겠어요?

2. 뇌

   뇌가 머리의 대부분을 채우고 있어요. 무엇이 그렇게 많은 자리를 차지한다고 생각하나요?

3. 회로

   냄새는 주황색 세포로 들어와요. 마지막으로 닿는 곳은 어떤 색일까요?

4. 뉴런

   이 점은 발화 한 번이에요. 세포 하나가 어떻게 냄새에 대해 뇌의 다른 부분에 알릴 수 있을까요?

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

   초파리는 더듬이 (두 개의 안테나)로 냄새를 맡아요. ‘자극하기’를 눌러 냄새를 들여보내 보세요. 주황색 뉴런이 빛나는 모습을 지켜보세요.

   주황색 냄새 수용체만 빛나요. 신호는 한꺼번에 모든 곳에서 시작되는 것이 아니라 회로의 한쪽 끝에서 시작돼요.

2. 2단계

   ‘자극하기’를 다시 누르고 색깔을 따라가 보세요. 노란색 투사 뉴런 (냄새 배달원)이 냄새를 뇌 안쪽으로 옮겨요. 그다음에는 파란색 케니언 세포 (냄새 분류기)가 냄새를 받아요.

   색깔이 주황색, 노란색, 파란색 순서로 빛나요. 신호가 층을 하나씩 차례로 지나가요.

3. 3단계

   ‘자극하기’를 한 번 더 누르세요. 이번에는 분홍색 출력 뉴런 (기억 읽기 담당)을 지켜보세요. 이 뉴런이 파란색 패턴을 읽어요.

   분홍색 출력 뉴런은 맨 마지막에, 그것도 파란색 케니언 세포 다음에만 빛나요.

4. 4단계

   이제 케니언 세포 (냄새 분류기)를 꺼 보세요. 냄새는 대신 보내 줄게요. 무엇이 사라질까요?

   주황색과 노란색은 여전히 빛나고, 파란색은 어두운 채로 있고, 분홍색은 거의 사라져요. 냄새는 들어왔지만 더 나아가지 못했어요.

5. 5단계

   케니언 세포 (냄새 분류기) 버튼을 한 번 더 눌러 다시 켜 보세요. 같은 냄새를 보내 줄게요.

   케니언 세포를 다시 켜자마자 분홍색이 돌아와요. 망가진 것은 없었어요. 신호가 지나갈 길이 없었을 뿐이에요.

케니언 세포 (파란색 세포)를 껐어요. 분홍색 세포는 왜 어두워졌을까요?

정답: 파란색 세포가 냄새마다 다른 패턴을 분홍색 세포에 전해 줘요.

케니언 세포는 냄새마다 다른 패턴을 출력 뉴런에 전해 줘요. 케니언 세포를 꺼도 냄새는 수용체와 투사 뉴런까지 도착하지만, 출력 뉴런에는 읽을 것이 없어요. “냄새가 아예 들어오지 못했다”고 답한 학생에게는 주황색과 노란색 세포를 다시 살펴보게 하세요.

1. 케니언 세포를 꺼 둔 동안에도 냄새는 뇌로 들어왔어요. 그걸 어떻게 알 수 있을까요?
2. 초파리가 이 냄새는 설탕을 뜻한다고 배웠다고 해 봐요. 이 회로의 어디에서 무언가가 바뀔 것 같나요?
3. 대신 노란색 투사 뉴런을 끄면 무엇이 보일 것 같나요? 자유 실험에서 확인해 보세요.

• 학생들이 이렇게 생각할 수 있어요: 기억은 파일처럼 세포 하나 안에 들어 있다.

  이렇게 바로잡아 주세요: 분홍색이 파란색을 읽는 단계로 돌아가 보세요. 기억은 세포 하나가 아니라 두 무리 사이의 수많은 연결의 세기에 담겨 있다고 여겨져요.

• 학생들이 이렇게 생각할 수 있어요: 세포를 끄면 그 세포가 죽거나 망가진다.

  이렇게 바로잡아 주세요: 마지막 단계를 다시 해 보세요. 분홍색 빛이 곧바로 돌아와요. 꺼 둔 세포는 멀쩡해요. 발화하지 않을 뿐이에요.

• 학생들이 이렇게 생각할 수 있어요: 이 수업은 초파리가 냄새를 배우는 모습을 보여 준다.

  이렇게 바로잡아 주세요: 그렇지 않아요. 이 모델은 기억이 저장될 자리를 보여 주지만, 연결은 전혀 바뀌지 않아요. 이 점을 분명히 말해 주고, 무엇을 더해야 할지 물어보세요.

숫자까지 담은 전체 목록

더듬이.

초파리 머리에 달린 두 개의 더듬이예요. 우리가 코로 냄새를 맡듯이, 초파리는 더듬이로 냄새를 맡아요.

냄새 수용체.

더듬이에 있는 신경 세포예요. 냄새가 닿으면 발화해요. 모든 냄새는 여기서 시작돼요.

더듬이엽.

초파리 뇌 안에서 냄새가 처음 들르는 곳이에요. 여기서 냄새 수용체가 투사 뉴런에 신호를 넘겨줘요.

투사 뉴런.

냄새 신호를 더듬이엽에서 뇌 더 깊은 곳에 있는 버섯체로 옮기는 신경 세포예요.

버섯체.

곤충 뇌에서 버섯처럼 생긴 부분이에요. 여기서 냄새를 분류하고 냄새 기억을 저장해요.

케니언 세포.

버섯체에 있는 작은 신경 세포예요. 냄새마다 서로 다른 케니언 세포 몇 개가 켜져서, 냄새마다 고유한 패턴이 생겨요.

출력 뉴런.

케니언 세포의 패턴을 읽어 뇌의 나머지 부분에 전하는 신경 세포예요. 과학자들은 ‘버섯체 출력 뉴런’을 줄여 MBON이라고 불러요.

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