Cú thoát hiểm trong 30 mili giây

Học sinh lần theo một phản xạ từ mắt đến cơ chân trong khoảng 30 mili giây, và chỉ ra rằng cú thoát hiểm nhanh phụ thuộc vào một mắt xích duy nhất: sợi khổng lồ.

Màn hình chung thì tiện hơn nhưng không bắt buộc: máy chiếu, tivi hoặc màn hình máy tính mà cả lớp nhìn thấy. Học sinh cần một thiết bị bất kỳ có kết nối internet, tốt nhất là mỗi cặp một thiết bị: máy tính xách tay, máy tính bảng hoặc điện thoại. Không cần cài đặt gì, cũng không cần tài khoản. Mỗi bài học mở đầu bằng phần hướng dẫn ngắn về cách đọc màn hình, và có thể nhấn vào bất kỳ thuật ngữ khoa học nào để xem giải thích.

Cung phản xạ

Một đường phản xạ trọn vẹn gồm ba phần: phía cảm giác (nơ-ron phát hiện vật lao tới, chúng báo lại những gì mắt nhìn thấy), trạm chuyển tiếp (sợi khổng lồ) và nơ-ron vận động (nơ-ron nhảy). Khác với phản xạ đầu gối, trạm chuyển tiếp này đi qua não.

Cấu trúc của mạng lưới quyết định hành vi như thế nào

Tín hiệu từ hàng trăm nơ-ron phát hiện vật lao tới dồn về sợi khổng lồ. Vì nút thắt cổ chai ấy, chỉ cần làm im lặng một loại tế bào là hành vi biến mất.

Xináp và chất dẫn truyền thần kinh

Sợi khổng lồ rất to nên tín hiệu của nó truyền nhanh. Ở ruồi thật, nó còn dùng xináp điện, loại nhanh nhất; mô hình chỉ có xináp hóa học.

1. 5 phút

   Câu hỏi mở đầu

   Hãy hỏi: “Vì sao đập trúng một con ruồi lại khó đến vậy?” Thu thập vài ý kiến, rồi nói rằng cả lớp sẽ bấm giờ cú thoát hiểm của ruồi và tìm ra sợi dây đứng sau nó.

2. 10 phút

   Trình diễn bằng “Cho mình xem cách hoạt động”

   Mở bài học ở chế độ lớp học trên màn hình chung (máy chiếu, tivi hoặc màn hình máy tính) rồi nhấn “Cho mình xem cách hoạt động”. Đọc to từng bước trong lúc bài chạy. Nếu không có màn hình chung, học sinh mở cùng phần trình diễn này trên thiết bị của mình. Phần trình diễn dừng ở câu hỏi của bài học: tạm thời hãy để ngỏ câu hỏi đó.

3. 20 phút

   Học sinh tự khám phá

   Học sinh làm việc theo cặp trên thiết bị của mình, kèm phiếu học tập. Các em viết dự đoán trước mỗi lần nhấn, làm hết bài học, trả lời câu hỏi của bài và thử phần khám phá tự do.

4. 10 phút

   Thảo luận

   Thu thập câu trả lời của các cặp cho câu hỏi của bài học, rồi dùng các câu hỏi thảo luận bên dưới. Kết thúc bằng những gì mô hình đã lược bỏ.

Dror đang nghỉ thì một chiếc vỉ đập ruồi lao tới, và cậu nhảy thoát trong khoảng 30 mili giây. Câu chuyện dẫn tới câu hỏi: thứ gì trong não có thể nhanh đến vậy?

Bài học mở đầu bằng một truyện tranh ngắn về chú ruồi Dror. Hãy đọc to các khung tranh hoặc để học sinh tự đọc; mất khoảng một phút. Khung cuối cùng sẽ hiện lại trên màn hình hoàn thành nhiệm vụ.

Chiếu bài học lên màn hình. Dừng ở mỗi cấp trong bốn cấp và nêu câu hỏi của cấp đó trước khi phóng to. Các nút cấp cho phép nhảy tới cấp bất kỳ, và nút kính lúp mở lại hành trình phóng to ở bất kỳ lúc nào trong bài.

1. Ruồi

   Để thoát hiểm, con ruồi cần đến những bộ phận nào của cơ thể này?

2. Não

   Tín hiệu bắt đầu ở mắt và kết thúc ở chân. Trên đường đi nó phải qua những đâu?

3. Mạch

   Hàng trăm tế bào màu xanh dương, và chỉ hai đường màu đỏ, mỗi bên một đường. Bạn nhận thấy điều gì ở lộ trình này?

4. Nơ-ron

   Riêng tế bào này to khác thường. Vì sao một sợi dây to lại giúp thoát hiểm nhanh?

Cơ thể và bộ não lấy từ hai con ruồi khác nhau, được hiển thị cùng nhau theo đúng kích thước thật. Hãy nói rõ điều này với cả lớp.

Trước bước làm im lặng, học sinh chọn điều các em nghĩ sẽ xảy ra. Hãy cho cả lớp giơ tay biểu quyết trước. Không chấm điểm, và đoán sai cũng chẳng mất gì.

1. Bước 1

   Một chiếc vỉ đập ruồi đang lao xuống con ruồi. Nhấn nút Kích thích để nơ-ron phát hiện vật lao tới (bộ dò vỉ ruồi) phát xung.

   Nơ-ron phát hiện vật lao tới màu xanh dương sáng lên trước, và sợi khổng lồ màu đỏ theo sau gần như ngay lập tức.

2. Bước 2

   Nhấn nút Kích thích lần nữa. Lần theo sợi khổng lồ (dây thoát hiểm) xuống tận dây thần kinh bụng (giống tủy sống).

   Hoạt động chạy dọc sợi khổng lồ xuống dây thần kinh bụng, và nơ-ron nhảy màu vàng phát xung trong vòng 30 mili giây theo đồng hồ của ruồi.

3. Bước 3

   Giờ hãy làm im lặng sợi khổng lồ (dây thoát hiểm). Chúng mình sẽ gửi vỉ đập ruồi tới. Hãy quan sát nơ-ron nhảy (bộ đạp chân).

   Màu xanh dương vẫn sáng, màu đỏ vẫn tối, còn màu vàng không hề phát xung. Ruồi đã thấy chiếc vỉ, nhưng thông điệp không đến được chân.

4. Bước 4

   Nhấn nút sợi khổng lồ (dây thoát hiểm) một lần nữa để bật lại nó. Chúng mình sẽ gửi đúng chiếc vỉ đó.

   Màu vàng lại phát xung ngay khi sợi khổng lồ được bật lại.

Bạn đã làm im lặng sợi khổng lồ (dây thoát hiểm). Vì sao bộ đạp chân vẫn tối?

Lựa chọn đúng: Dây thoát hiểm mang tín hiệu nhảy đến bộ đạp chân.

Sợi khổng lồ mang tín hiệu nhảy từ nơ-ron phát hiện vật lao tới đến nơ-ron nhảy. Khi nó bị làm im lặng, ruồi vẫn thấy chiếc vỉ, vì các tế bào màu xanh dương sáng lên, nhưng tín hiệu dừng lại trước khi đến chân. Ruồi thật còn có những đường thoát chậm hơn, như bước cuối của bài học đã nói.

1. Cú thoát hiểm này nhanh hơn một cái chớp mắt. Những đặc điểm nào của đường dẫn truyền khiến nó nhanh đến vậy?
2. Vì sao có một đường thoát nhanh và vài đường thoát chậm hơn lại có lợi cho một con vật?
3. So sánh đường dẫn truyền này với một phản xạ ở người mà em biết, như rụt tay khỏi vật nóng. Có gì giống, có gì khác?

• Học sinh có thể nghĩ: Ruồi quyết định nhảy.

  Cách xử lý: Cú nhảy nhanh nhất hoạt động như một phản xạ: các kết nối đưa tín hiệu đi thẳng một mạch. Những lần thoát chậm hơn có chút thời gian để nhắm hướng nhảy, nhưng không đủ thời gian để cân nhắc.

• Học sinh có thể nghĩ: Nếu ruồi không nhảy thì tức là nó không thấy chiếc vỉ.

  Cách xử lý: Bước làm im lặng tách hai việc này ra. Nơ-ron phát hiện vật lao tới vẫn phát xung, nên ruồi đã thấy chiếc vỉ. Nhìn thấy và hành động là hai giai đoạn khác nhau của cùng một đường dẫn truyền.

• Học sinh có thể nghĩ: Một nơ-ron thì chẳng thể quan trọng trong cả một bộ não.

  Cách xử lý: Ở đây, một loại tế bào mang toàn bộ tín hiệu nhanh. Ở đâu đường dẫn truyền thu hẹp lại còn vài tế bào, ở đó mỗi tế bào đều rất quan trọng.

Danh sách đầy đủ, kèm số liệu

Nơ-ron phát hiện vật lao tới.

Tế bào thần kinh sau mắt ruồi, phát xung khi có vật to nhanh lên trước mắt, như chiếc vỉ lao tới. Giới khoa học gọi là LC4 và LPLC2.

Sợi khổng lồ.

Một tế bào thần kinh rất to, chạy từ não xuống dây thần kinh bụng. Nó mang tín hiệu thoát hiểm nhanh nhất của ruồi. Mỗi con ruồi có hai sợi như vậy, mỗi bên một sợi.

Dây thần kinh bụng.

Giống như tủy sống của ruồi: một bó tế bào thần kinh trong ngực, điều khiển chân và cánh.

Nơ-ron nhảy.

Các nơ-ron vận động làm cơ nhảy ở đôi chân giữa co lại, khiến ruồi bật lên không trung.

Cung phản xạ.

Con đường của một phản xạ: từ nơ-ron cảm giác, qua một hay nhiều tế bào chuyển tiếp, đến nơ-ron vận động làm cơ cử động.

Nơ-ron cảm giác.

Nơ-ron thu nhận một điều gì đó từ thế giới bên ngoài, như ánh sáng hay một mùi, rồi báo cho não.

Nơ-ron vận động.

Nơ-ron mang mệnh lệnh ra tới cơ và làm cơ co lại.

Xináp điện.

Một kênh nối thẳng hai nơ-ron, truyền tín hiệu gần như không chậm trễ. Bản đồ đằng sau các bài học chỉ ghi lại xináp hóa học.

Phần này chưa được hoàn thiện. Mức độ phù hợp với chương trình sinh học chính thức đang được xác nhận cùng các giáo viên sinh học.