背景
人体生理学の実験のほとんどは、随意神経系（神経筋神経科学）または知覚（感覚神経科学）を扱ってきましたが、ここでは神経系の「不随意」部分、自律神経系について話します。 自律神経系は、消化、ホメオスタシス、発汗、血圧、心拍数など、私たちが意識したり無意識にしたりしているものの、一般にはあまりコントロールできないものを制御しています。 交感神経系（「闘争または逃走」反応を活性化する）と副交感神経系（「休息と消化」反応を活性化する）の 2 つのシステムに伝統的に分かれています。 前回の心臓の実験では、心臓の電気的インパルスと、運動時の心拍数の上昇を観察しました。 心拍生理をもう少し深く掘り下げ、交感神経の「闘争か逃走か」反応を具体的に活性化させてみましょう。 “闘争か逃走か “で何が起こるのか？ ご想像のとおり、脅威、たとえば夜中に動く大きな影に直面すると、心拍数が上がり、発汗が始まり、呼吸が増え、消化が抑制され、目が拡張するなど、さまざまなことが起こります。
あるいは、副交感神経が「休息と消化」反応を活性化して、上記のすべてのこと（心拍数の低下、消化の活性化、唾液量の増加など）と反対のことを実行するのです。 交感神経と副交感神経の両方におけるこれらの反応の多くは、ホルモンによって制御されています。ホルモンは「神経伝達物質」と考えるのが便利ですが、シナプス間隙の代わりに血流に入り、ターゲットを探します。脳における反応時間は1ミリ秒ですが、ホルモンには体内の複数の構造に対して秒から分の単位で反応時間があります。
例えば、交感神経系が活性化すると、解剖学的には脳の視床下部から分岐した下垂体が副腎皮質刺激ホルモン（ACTH）を血中に放出し、コルチゾール値を上昇させて心拍数の上昇などさまざまな生理変化を引き起こします。 同時に、腎臓にある副腎という神経節からもノルエピネフリンが分泌され、心臓に同様の影響を与える。
交感神経を活発にするために、有名な「氷水」による刺激を行うことにする。 これは、人間が耐えられること、誰もが冷たい手を体験したことがあること、怖くないこと、精神的なダメージがないこと、世界中の研究室で再現しやすい良いモデル刺激であることから、痛みの研究によく使われます。 氷水に手を浸している時間が長ければ長いほど、痛みが増して交感神経が活性化し、心拍数の上昇につながります。
それでは実際に見てみましょう！
ダウンロード
始める前に、お使いのコンピュータに「バックヤード ブレーン スパイク レコーダー」がインストールされているかどうか確認しておいてください。 Backyard Brains Spike Recorderプログラムにより、実験を行う際にデータを可視化し、コンピュータに保存することができます。 また、データを集計するための簡単な実験プリントも作成しました。
Video
Print Materials
印刷して落書きするためのPDFや、編集用のGoogleドキュメントを探している場合は、こちらの印刷資料庫をチェックしてみてください!
手順
心拍数氷水実験
この実験の準備をしている間に、潜水反射と呼ばれる心拍数への別の影響も調べます。 アシカなどの海洋哺乳類が潜水すると、心拍数が低下し、末梢組織や手足の静脈や動脈が収縮します。 これにより、潜水に関係のない臓器への血流が制限され、心臓の酸素消費量が減り、脳への血流が維持されます。
しかし、この反応があなたを含むすべての哺乳類にあることをご存知でしょうか。 冷たい水が顔にかかり、息を止めると、心拍数の減少として「潜水反射」を見ることができます。
心拍数潜水反応実験
注意：教室でこの実験を行う場合は、インストラクターの監督が必要です
注
Science Fair Project Ideas
これらの実験は比較的簡単にすぐにできるので、家庭や学校で急速に大きなデータセットを生成することが可能です。 アスリートと、体力が普通または低い人との間には違いがあるのでしょうか。 年齢による違い、男女差はあるか、などなど。 Happy Statistics！
以前、運動による心拍数の影響を調べました。 この氷によるストレス反応は、なぜ運動とは異なる生理的メカニズムで心拍数を増加させるのでしょうか、あるいはしないのでしょうか？