反射動作與反射弧

基礎

反射是不經意識的快速自動反應,用來保護身體。路徑叫反射弧:刺激 → 感受器 → 感覺神經元 → 脊髓 → 運動神經元 → 反應器。不用等大腦思考,所以反應特別快。

適合:中三科學 · 單元:健康的身體 · 建議學習路徑第 2/11 課

學完呢課,你會識:
  • 反射 = 快速、自動、保護性
  • 反射弧經脊髓接力,不等大腦
  • 痛覺是反應之後先到
科學Science
讀呢課前,你應該識: 神經系統與協調

§課文原文 Passage

1反射是身體與生俱來的快速反應,目的是在危險傷害身體之前先行保護。當手指碰到熱鍋,皮膚內的熱感受器瞬間偵測到高溫,訊號立即沿感覺神經元傳入脊髓。這類反應出生已有,不必學習,而且在意識察覺之前已完成,眨眼、打噴嚏和膝跳都是常見例子。

2完整的反射弧由五個環節組成:感受器接收刺激,感覺神經元把訊號傳入脊髓,中間神經元在脊髓內把訊號直接交給運動神經元,運動神經元再把訊號傳往反應器,最後肌肉收縮,手在瞬間縮開。由於訊號不須繞經大腦分析,整個過程在不足一秒內完成,這正是反射遠較一般反應快速的原因。

3縮手之後,痛覺訊號才傳抵大腦,這種「先做後覺」的設計大幅縮短皮膚接觸高溫的時間,燙傷程度因此減輕。要注意的是,反射雖然不經大腦,卻仍然經過脊髓,而脊髓屬於中樞神經系統,所以「反射不經中樞」的說法是錯誤的。反射弧任何一個環節受損,保護作用便會消失。

4不過反射快速而粗糙,只負責基本保護;查看傷勢和決定如何處理,仍要依靠大腦完成。反射亦分兩類:縮手、眨眼等屬天生反射,由脊髓等較低級的中樞完成接力;條件反射則靠後天學習建立,例如巴甫洛夫的狗經反覆配對後,聽到鈴聲便分泌唾液。兩類反射都須經過中樞神經系統。

1重點摘要 Summary

反射是不經意識的快速自動反應,用來保護身體。路徑叫反射弧:刺激 → 感受器 → 感覺神經元 → 脊髓 → 運動神經元 → 反應器。不用等大腦思考,所以反應特別快。

2生字卡 Vocabulary

R
Reflex action反射動作

天生、自動、快速的保護性反應,例如縮手、眨眼。

R
Reflex arc反射弧

反射的訊息路徑,不用大腦參與決策。

S
Spinal cord脊髓

反射的處理中心,訊息在此交接,不必先傳抵大腦。

C
Conditioned reflex條件反射

後天學習的反射,例如聽到鈴聲流口水(巴甫洛夫)。

I
Inborn reflex天生反射

不用學習就有的反射,例如縮手、眨眼、膝跳。

R
Relay neurone中間神經元

在脊髓內將感覺神經元的訊號直接交給運動神經元。

K
Knee-jerk reflex膝跳反射

敲擊膝蓋韌帶令小腿跳起的天生反射,常用於示範。

P
Pain signal痛覺訊號

反應完成後才傳抵大腦的訊號,說明反射是「先做後覺」。

3逐步講解 Steps

  1. 刺激反射是身體天生的快速反應,目的是保護身體免受傷害:手指碰到熱鍋時,皮膚的熱感受器瞬間偵測到高溫,立即啟動反射弧。這類反應出生已有,不必學習;刺激越強烈,反應也越明顯。眨眼、打噴嚏和膝跳都屬同類例子,全都在意識察覺之前已完成,盡量縮短身體暴露在危險中的時間。
  2. 傳入感受器其實是感覺神經元的末梢,負責把熱、觸等刺激轉為電訊號。感覺神經元接着把訊號送入脊髓,這一段是反射弧的傳入部分;訊號只朝中樞方向行進,不會先經過大腦分析。正因為少走這一程,反射才能在片刻之間完成保護動作,速度之快遠超任何由大腦主導的反應,這是反射弧設計的關鍵。
  3. 脊髓接力訊號進入脊髓後,中間神經元在脊髓內把訊號直接交給運動神經元,完全不必等待大腦分析決策。少了繞經大腦的一程,反應時間大幅縮短,這正是反射能夠保護身體的關鍵。反射弧的任何環節受損,例如脊髓受傷,反射便無法完成,保護作用亦隨之消失,可見五個環節環環相扣,缺一不可。
  4. 傳出運動神經元把訊號由脊髓傳往反應器,例如手臂的肌肉。要特別注意:反射雖然不經大腦,卻仍然經過脊髓,而脊髓屬於中樞神經系統,所以「反射不經中樞」的說法是錯的。反應器可以是肌肉,也可以是腺體,例如唾腺受到刺激時分泌唾液,同樣是反射反應的常見例子。
  5. 反應肌肉接獲訊號便即時收縮,手在瞬間縮開熱鍋;痛覺訊號要到這之後才傳抵大腦。這種「先做後覺」的設計令皮膚接觸高溫的時間大為縮短,燙傷程度因此減輕。不過反射快速而粗糙,只負責基本保護;精細的判斷,例如查看傷勢、決定下一步如何處理,仍然要靠大腦完成。
  6. 天生反射與條件反射縮手、眨眼、膝跳和打噴嚏都屬天生反射,出生已有、不必學習,由脊髓等較低級的中樞完成接力;條件反射則靠後天學習建立,例如巴甫洛夫的狗經反覆配對後,聽到鈴聲便分泌唾液,人也要經反覆練習才能掌握騎單車的平衡。兩類反射都須經過中樞神經系統,條件反射更涉及大腦的學習與記憶,屬於較高級的反應。

4圖解 Diagrams

反射弧 Reflex Arc:刺激 → 反應感受器Receptor (skin)感覺神經元Sensory neurone脊髓Spinal cord (relay)運動神經元Motor neurone反應器Effector (muscle)唔經大腦決策 → 快!No brain decision → fast!例:手指掂熱鍋 → 未覺痛先縮手 Hand pulls back before the pain arrives
圖 1:反射弧

5例題示範 Example

為什麼手指碰到熱鍋,你會「未想就縮手」?

  1. 如果等大腦分析,需要更長時間
  2. 脊髓直接接力處理,快很多
  3. 縮手之後,大腦才收到痛覺訊號
  4. 所以反射是「先做後覺」
  5. 答案:因為反射弧在脊髓便完成接力,不須等大腦分析決策,省去「思考」的時間,所以手能在意識之前縮開;縮手屬天生反射,是保護身體的本能,痛感只是事後通知。作答時宜寫出「脊髓接力→比經大腦快→先做後覺→保護身體」的因果鏈,並舉縮手、眨眼等例子支持。整個過程只須約零點幾秒,遠快於經大腦處理的反應。

6常見錯誤 Mistakes

✗ 以為反射不經中樞神經
✓ 反射經脊髓(中樞的一部分),只是不必等大腦做決策。
✗ 以為所有反射都是天生
✓ 天生反射(眨眼、縮手)不必學;條件反射(騎單車的平衡)是後天練回來。
✗ 以為大腦先收到訊息,手才會縮回
✓ 訊息在脊髓已完成接力,手先縮開,大腦其後才收到痛覺訊號;「先做後覺」正是反射的特點。
✗ 以為反射弧某一部分受損時,反射只會變慢
✓ 反射弧是完整路徑:感受器、感覺神經元、脊髓、運動神經元或反應器任何一環受損,反射都會完全消失,而非變慢。

75 題快測 Quick check

Q1反射弧裡面,訊息在哪裡完成接力?

Q2寫出反射弧的 5 個部分。

Q3為什麼反射要夠快?

Q4反射動作與隨意動作(例如寫字)最大的分別是什麼?

Q5中間神經元在反射弧中擔當什麼角色?

8重點回顧 Recap

  • 反射 = 快速、自動、保護性
  • 反射弧經脊髓接力,不等大腦
  • 痛覺是反應之後先到
  • 反射弧:感受器→感覺神經元→脊髓→運動神經元→反應器
  • 天生反射不用學;條件反射靠後天練成

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