생명과학 ① 6-1. 자극과 반응 – 실무율, 역치, 베버의 법칙

▎생명과학 ① 6-1. 자극과 반응 – 실무율, 역치, 베버의 법칙

 

◈ 자극의 수용과 감각 기관

 

1. 수용기와 적합 자극

① 자극
생물에 작용하여 특정 반응을 일으키는 외부 환경의 변화를 자극이라고 한다. 자극에는 물리적 자극과 화학적 자극이 있다.

 

② 감각 기관과 적합 자극
ⓐ 감각 기관
자극을 받아들일 수 있는 부위를 ‘수용기’라 하며, 외부 자극을 효과적으로 받아들일 수 있도록 수용기가 분화되어 있는 기관을 ‘감각 기관’이라고 한다. 사람의 감각 기관으로는 눈, 귀, 코, 혀, 피부가 있다.
ⓑ 적합 자극
각각의 감각 기관이 받아들일 수 있는 특정 자극을 ‘적합 자극’이라고 한다. 예를 들어 눈은 빛(가시광선)을 자극으로 받아들이지만 소리는 감각하지 못하는데, 이것은 각 감각 기관마다 특정한 자극만을 받아들이도록 각기 다른 수용기가 분화되어 있기 때문이다.

 

 

2. 자극과 반응의 특성
① 실무율
ⓐ 역치
감각 세포에 반응을 일으킬 수 있는 최소한의 자극의 세기를 ‘역치’라고 한다. 역치는 감각 세포나 감각 수용기의 종류에 따라 다르며, 자극을 받는 상태에 따라서도 달라진다. 역치가 작을수록 예민한 감각기이다.

 

‣ 역치 : 최소한의 자극의 세기 감각세포나 수용기, 자극 받는 상태에 따라 다른 역치. 작을수록 예민

ⓑ 실무율
단일 근섬유나 단일신경 섬유에서는 역치 미만의 자극에서는 반응이 없고, 역치 이상의 자극에서는 반응의 크기가 일정한데 이러한 현상을 ‘실무율’이라고 한다. 그러나 여러 개의 세포가 모인 근육이나 신경 다발에서는 실무율이 성립하지 않는다. 이것은 근육이나 신경다발을 이루는 각 세포의 역치가 달라서 자극의 세기가 커지면 반응하는 세포의 수도 많아져서 자극의 세기에 따라 반응의 크기가 어느 정도까지는 커지기 때문이다.

 

 

 

 

② 베버의 법칙
ⓐ 베버의 법칙
감각기는 처음 자극에 대하여 일정 비율 이상으로 변화된 자극을 받아야 변화를 느낄 수 있는데, 이를 ‘베버의 법칙’이라고 한다. 즉, 더 센 자극을 받아야 새로운 자극을 느낄 수 있다는 것이다. 그래프에서 처음 자극이 약할 때(A)는 자극의 세기가 조금만 달라져도(ΔS₁) 일정한 반응(ΔR)이 나타나지만, 자극의 세기가 강할 때(B)는 동일한 반응 크기 변화(ΔR)가 나타나려면 자극의 세기 변화가 훨씬 커야(ΔS₂) 한다.

 

 

ⓑ 베버 상수
처음 자극(S₁)에 대한 자극 변화를 느낄 수 있는 자극의 세기 차이(ΔS)의 비를 베버상수(K)라고 한다.

 

 

베버 상수는 감각 기관에 따라 다르며, 베버 상수가 작을수록 예민한 감각 기관이다. 그래프에서 기울기는 이므로 베버 상수를 의미한다. 기울기 작은 것이 큰 것보다 자극이 변화에 예민한 감각이다. 다음 자료에서는 후각이 가장 예민한 감각기이고, 미각이 가장 둔감한 감각기이다.

 

 

 

ⓒ 베버의 법칙이 적용되는 예
■ 시끄러운 곳에서는 더 큰 소리로 말해야 알아들을 수 있다.
■ 밝은 곳보다 어두운 방에서는 촛불이 더 환하게 느껴진다.
■ 가벼운 물건을 들고 있는 사람은 무게 변화를 쉽게 느끼지만, 무거운 물건을 들고 있는 사람은 무게 변화를 잘 느끼지 못한다.

■ 베버의 법칙 계산
2000Lx의 빛을 받고 있던 사람이 더 밝아졌다고 느끼기 위한 최소의 빛의 세기는 얼마인가? (단 시각의 베버 상수는 1/100이다.)

 

 

 

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