🎯 프로그램 소개
신경세포 막전위 시뮬레이터는 신경세포에서 활동전위가 축삭을 따라 전도되는 과정을 시각적으로 관찰할 수 있는 교육용 프로그램입니다. 신경세포의 세포체에서 시작된 신호가 축삭을 따라 이동하면서 각 지점의 막전위가 어떻게 변화하는지 실시간으로 확인할 수 있습니다.
🎮 기본 사용법
1. 자극 지점 선택 (신규 기능!)
- 🎯 자극 지점: d₁(0cm), d₂(2cm), d₃(4cm), d₄(6cm) 중 자극을 줄 위치를 선택합니다
- d₁이나 d₄를 선택하면 한 방향으로만 신호가 전파됩니다
- d₂나 d₃를 선택하면 양방향으로 대칭적으로 신호가 전파됩니다
2. 전도 속도 설정
- ⚡ 전도 속도 (cm/ms): 활동전위가 축삭을 따라 전파되는 속도를 설정합니다
- 기본값은 2 cm/ms이며, 0.1 단위로 조절할 수 있습니다
- 속도가 빠를수록 신호가 더 빨리 전달됩니다
- 속도를 변경하면 자동으로 모든 데이터가 업데이트됩니다
3. 시간 조절 슬라이더
- ⏱️ 시간 조절: 슬라이더를 좌우로 움직여 시뮬레이션 시간을 조절합니다
- 0 ms부터 8 ms까지 0.1 ms 단위로 조절 가능합니다
- 슬라이더를 움직이면 실시간으로 각 지점의 막전위 변화를 관찰할 수 있습니다
- 슬라이더를 0으로 돌리면 처음 상태로 돌아갑니다
4. 데이터 캡처 기능 (신규 기능!)
- 📸 캡처 버튼: 현재 시간의 막전위 데이터를 표에 고정합니다
- 캡처된 행은 회색 배경으로 표시되며, 시간이 변해도 값이 고정됩니다
- 가장 아래 행은 항상 실시간 데이터를 표시합니다
- 여러 시간대의 데이터를 캡처하여 비교할 수 있습니다
- ❌ 버튼을 눌러 캡처된 데이터를 삭제할 수 있습니다
5. 막전위 표 확인
- 📈 각 지점의 막전위 표: 신경세포 그림 아래에 실시간 막전위 값을 표로 표시합니다
- 현재 시간과 네 지점(d₁~d₄)의 막전위를 한눈에 확인할 수 있습니다
- 막전위 값은 활동전위의 단계별로 색상이 변합니다:
- 회색: 휴지전위 (-70mV) 또는 신호 도달 전
- 빨강: 탈분극 단계 (0~2ms, 막전위 상승 중)
- 초록: 재분극 단계 (2~3ms, 막전위 하강 중)
- 파랑: 과분극 단계 (3~4ms, -70mV 이하로 하강)
6. 그래프 표시 선택
- 📊 그래프 표시: 체크박스를 통해 원하는 지점의 그래프만 선택적으로 볼 수 있습니다
- 0cm, 2cm, 4cm, 6cm 네 지점의 그래프를 자유롭게 켜고 끌 수 있습니다
- 그래프는 2x2 격자 형태로 배치되어 한눈에 비교하기 좋습니다
📊 그래프 이해하기
각 그래프는 특정 지점에서의 막전위 변화를 보여줍니다:
- 가로축: 시간 (ms, 밀리초)
- 세로축: 막전위 (mV, 밀리볼트)
- 활동전위의 단계별 색상 구분:
- 회색: 휴지전위 (-70 mV) 또는 신호 도달 전
- 빨강: 탈분극 단계 (0~2ms, 막전위 상승)
- 초록: 재분극 단계 (2~3ms, 막전위 하강)
- 파랑: 과분극 단계 (3~4ms, -70mV 이하)
- 활동전위 피크: 약 +30 mV (최고점, 탈분극 단계 중)
🧠 신경세포 구조
- 세포체: 신경세포의 중심부로, 핵이 위치한 곳입니다
- 수상돌기: 다른 신경세포로부터 신호를 받는 가지 모양의 구조입니다
- 축삭: 전기 신호가 전달되는 긴 돌기입니다
- 축삭 말단: 다른 신경세포나 근육 세포로 신호를 전달하는 끝부분입니다
- ⚡ 번개 아이콘: 현재 활동전위가 위치한 지점을 나타냅니다
💡 학습 팁
- 양방향 전파 관찰: d₂나 d₃에서 자극을 주고 양쪽으로 동시에 전파되는 것을 관찰하세요
- 전도 속도 변화 관찰: 전도 속도를 다르게 설정하고 신호 도달 시간 차이를 비교해보세요
- 지점별 비교: 여러 지점의 그래프를 동시에 보면서 신호가 순차적으로 전달되는 것을 확인하세요
- 데이터 캡처 활용: 1ms, 2ms, 3ms 등 주요 시점의 데이터를 캡처하여 표로 정리해보세요
- 막전위 변화 단계: 슬라이더를 천천히 움직이며 휴지전위 → 탈분극 → 재분극 → 과분극 단계를 관찰하세요
🔬 과학적 배경
활동전위란?
신경세포에서 전기 신호가 발생하는 현상입니다. 자극이 역치를 넘으면 Na⁺(나트륨) 통로가 열리며 막전위가 급격히 상승하고, 이어서 K⁺(칼륨) 통로가 열리며 막전위가 다시 하강합니다.
전도 과정:
활동전위는 축삭을 따라 전파됩니다. 실제 신경세포에서는 세포체에서 시작되어 한 방향으로만 전파되지만, 실험적으로 축삭의 중간 지점을 자극하면 양방향으로 전파될 수 있습니다. 유수 신경섬유에서는 도약전도가 일어나 더 빠른 전도가 가능합니다.
❓ FAQ
Q: 왜 일정 시간이 지나면 신호가 사라지나요?
A: 실제 신경세포에서도 활동전위는 약 1-2ms의 짧은 시간 동안만 지속됩니다. 이후 불응기를 거쳐 다시 휴지전위로 돌아갑니다.
Q: 양방향 전파는 실제로도 일어나나요?
A: 정상적인 상황에서는 세포체에서 축삭 말단으로만 전파되지만, 실험적으로 축삭 중간을 자극하면 양방향 전파가 일어날 수 있습니다.
Q: 그래프에서 '도달 전'은 무슨 의미인가요?
A: 활동전위가 아직 해당 지점에 도달하지 않았다는 뜻입니다. 전도 속도에 따라 각 지점마다 신호 도달 시간이 다릅니다.