M10变形记：9-用M10开发一个缩手反射和痛觉产生演示教具- Makelog(造物记)

6.10 晴周二

【项目准备】

这个坑是6.1挖下的，开始来填它。

缩手反射与痛觉的产生，对应在高中生物选择性必修一第二章神经调节第二节《神经调节的基本方式》。浏览希沃白板课件库中老师们的课件学习相关知识，发现不少老师用缩手反射当做课堂引入，同时在授课内容中用缩手反射来讲解反射弧，缩手反射和痛觉的产生部分也可以有一些重点练习题。在B站也看到有老师制作了创新教具在公开课上展示，所以在这个帖子中，我尝试基于M10+强大的扩展板组合来做一个缩手反射演示器。

做这种学科类的教具，首先要吃透教材，教具是为突破重难点而生的，并不是为了炫技，我教过一阵子初中生物，对高中生物并不是特别了解，所以先读老师们的课件来体会这部分内容。

做为神经调节章节的一个考点，当然有很多相关练习，虽然我感觉难度虽不大，但挺重要：

教具参考：

【目标设定】

1、在教具的开发中，需要学科老师参与，需要解决什么样的问题，演示什么样的情境，设置什么样的功能，教具要符合教学规律，突出重点，同时能融入课堂教学，没有知识性错误，通过演示强化学生对重点知识的记忆。所以本帖子中的教具开发，做为抛砖引玉的1.0版本。

2、为突出学科特点，本项目计划与课本、课件插图风格基本一致，以朴实的展示方式、设置多种问题情境。展示缩手反射的反射弧，还展示痛觉的产生，以声、光、电、动等形式突破重点。

3、缩手反射为非条件反射，神经中枢为脊髓，教学中的实例多以针刺、火烧、水烫做为刺激情境，本教具计划运用火焰传感器结合对火苗的识别来做感受器。

4、缩手反射中有三个神经元，传入、传出和脊髓中的中间神经元，用灯带的不同色彩来表示，用流水灯效来展示兴奋的传递，以闪烁来表达传输的中断。

5、舵机做效应器，缩手的动作由它执行。在实际情形中，缩手反射比痛觉产生更早。

6、痛觉的产生在大脑皮层的痛觉神经中枢，传到脊髓的兴奋沿上行神经传到大脑皮层。痛觉的产生不是反射，因为它没有完整的反射弧，是一种高级神经活动，本项目中计划用语音模块产生声音“好痛”来表达痛觉产生。

7、为突破学习难点，可设置传出神经受损，神经中枢受损等多种状态演示。

【小提示】

下面的内容是开发笔记，按探究的先后记录，比较散乱，请见谅。

【知识资料】

缩手反射和痛觉产生是人体对伤害性刺激的两种不同神经反应机制，涉及不同的神经通路和中枢处理过程。以下是两者的详细解析：

1. 缩手反射

- 缩手反射是一种非条件反射，属于低级神经活动，由脊髓控制，无需大脑参与即可完成。其目的是快速避开伤害性刺激（如火焰、针扎），保护机体免受进一步损伤。
- 反射弧组成
- 感受器：皮肤中的痛觉或触觉感受器（如游离神经末梢）。
- 传入神经：将刺激信号传递至脊髓灰质。
- 神经中枢：脊髓灰质中的低级中枢，通过中间神经元直接连接传入和传出神经。
- 传出神经：将指令传至效应器（如肱二头肌等屈肌）。
- 效应器：肌肉收缩完成缩手动作。
- 速度优势由于信号仅需在脊髓水平处理，路径短且突触少，反应速度极快（约30-50毫秒）。

2. 痛觉产生

- 痛觉是大脑皮层对伤害性刺激的主观感知，属于高级神经活动，涉及情绪和认知评估（如不适、恐惧）。
- 神经通路
- 感受器：与缩手反射相同，由皮肤游离神经末梢感知刺激。
- 传入神经：信号通过脊髓上传至丘脑，再投射到大脑皮层（如中央后回、岛叶、前扣带回等区域）。
- 中枢处理：大脑皮层整合信号后产生痛觉，并触发情绪反应（如焦虑）。
- 时间延迟由于信号需经脊髓→丘脑→大脑皮层的长距离传导，且突触延搁较多，痛觉感知比缩手反射慢（约0.5-2秒）。

3. 两者的关系与顺序

- 先后顺序当手触碰火焰时，先缩手后感到痛。这是因为缩手反射由脊髓直接控制，而痛觉需等待信号传递至大脑。
- 生理意义
- 缩手反射：快速避免组织损伤，属于即时防御机制。
- 痛觉：提供长期警示，促使个体学习避免类似危险。
- 例外情况若脊髓受损（如截瘫患者），缩手反射可能消失，但痛觉信号仍可能通过其他途径上传至大脑。

4. 临床与进化意义

- 无痛觉患者的风险先天性无痛症患者因缺乏痛觉警示，易反复受伤，说明痛觉对生存至关重要。
- 药物干预吗啡等止痛药通过阻断脊髓或大脑中的痛觉信号传递（如抑制P物质释放）发挥作用。

总结

缩手反射和痛觉是协同作用的保护机制：前者依赖脊髓实现快速反应，后者依赖大脑提供持续警示。两者的分离体现了神经系统“效率与感知”的分工。