이 실험에서 알아볼 내용

여러 곳에서 들어오는 신호와 가까운 시점에 반복되는 신호의 효과를 구별하고, 억제성 입력이 발화를 바꾸는 이유를 설명하세요.

교과와 단원

2022 개정 과학 계열 · 고급 생명과학 · 생물의 조절과 방어. 시냅스후 전위의 시간 합·공간 합과 흥분성·억제성 입력의 통합을 단순한 전도도 모형으로 탐구합니다.

연계 성취기준: 12고생02-04

탐구 질문과 해설

1. 각 입력의 크기가 같아도 신호 간격에 따라 발화가 달라질까요?

간격이 길면 앞선 막전위 변화가 휴지 상태로 돌아갈 시간이 생깁니다. 같은 입력원 수에서 간격만 바꾸면 시간 합을, 같은 간격에서 입력원 수를 바꾸면 공간 합을 비교할 수 있습니다.

2. 흥분성 입력을 늘리면 활동전위의 꼭대기도 비례해 높아질까요?

이 모형에서는 문턱을 넘으면 같은 높이의 발화 표식을 그립니다. 입력 증가는 발화 여부·횟수·시점을 바꿀 수 있습니다. 억제성 입력은 막전위를 억제성 역전전위 쪽으로 이끌고 흥분성 변화도 줄일 수 있습니다.

모형의 가정과 실제 현상과의 차이

한 구획의 전도도 기반 누설 적분-발화 모형입니다. τm dV/dt=(EL−V)+gE(EE−V)+gI(EI−V)로 계산하고 gE·gI는 누설 전도도에 대한 비입니다. 가정값은 휴지·재설정 −70 mV, 문턱 −55 mV, 흥분성 역전전위 0 mV, 억제성 역전전위 −80 mV, 막 시간 상수 20 ms, 시냅스 전도도 감소 시간 상수 5 ms, 발화 후 재설정 유지 3 ms입니다. 활성 입력원들은 20 ms부터 선택한 간격으로 세 번씩 동시에 신호를 보냅니다. 억제성 입력은 같은 세 시점에 따로 가해집니다. 전도도는 각 도착 뒤 지수적으로 감소합니다. 계산 간격 0.2 ms에서 전도도를 중간 시점의 값으로 고정해 전압을 적분합니다. +30 mV의 수직선은 발화 사건의 고정 표식이며 실제 활동전위 파형을 푼 결과가 아닙니다. 각 입력원은 비교를 위한 유효 입력 묶음이며 실제 시냅스 수를 환산하지 않습니다. 수상돌기의 위치 효과, 이온 통로의 상세 동역학, 시냅스 가소성과 질환 예측을 생략합니다. 모형 200 ms를 8초에 걸쳐 재생합니다.

참고 자료

• 교육부 고시 제2022-33호 · 과학 계열 교육과정 ↗
• OpenStax · 흥분성·억제성 시냅스후 전위 ↗
• EPFL · 적분-발화 모형과 재설정 ↗
• EPFL · 시냅스 전도도와 역전전위 ↗