목차 7 차 과제 순위 Nerve Cell Cell Membrane 세포의 전기적 특성 전해질의 전압 Case 1, 2, 3 와 분석 P-N type diode Nernst Equation Action Potential 측정 활동전위와 Depolarization, Repolarization.

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2 목차 7 차 과제 순위 Nerve Cell Cell Membrane 세포의 전기적 특성 전해질의 전압 Case 1, 2, 3 와 분석 P-N type diode Nernst Equation Action Potential 측정 활동전위와 Depolarization, Repolarization 유수신경과 무수신경에서의 신경전달

3 7 차 과제 순위 2007102856 임영민 2007102854 이준관 2004200456 임명준 2004200459 장재필 2005200439 이지민

4 Nerve Cell 세포조직장기시스템 전체 시스템 심혈관계 호흡계 신경계 내분비계 생식계 근골격계 소화계 25 ㎛ 10 ㎛ Axon termination Pendrite up to ㏐ Nerve Cell : 신경세포

5 Nerve Cell - Sensory Nerve Cell : 우리 몸에 가지고 있는 센서세포 – 온도가 변하 거나 압력이 변하면 전기신호를 만들어 낸다. - Sensor : 우리 몸의 센서는 손, 피부, 눈 ( 망막 ), 코, 귀 등등 외부자극 Sensor nerve 중추신경 전기신호 Motor nerve Sensory nerve cell 근육의 수축 및 이완운동 -> 모든 운동가능

6 인지 : 뇌를 구성하는 많은 신경 세포 사이에 전기를 주고받는 과 정 또는 상태 PNS : Peripheral Nerve System CNS : Central Nerve System 1. 만약에 Sensory Nerve 가 잘리면 ? -> 안과 밖을 구분할 수 없다. = 모든 것을 느낄 수 없다. 2. 만약에 전기신호를 보기 위해서 Connector 를 설치한다면 ? -> Matrix 처럼 신호를 얻어서 맘대로 바뀐 신호를 넣어줄 수 있다. Nerve Cell

7 Cell Membrane ( 절연체 ) 6 ~ 8 um

8 세포의 전기적 특성 K + Cl - Intracellular Fluid (space) Na + Cl - Extracellular Fluid (space) Membrane 이온의 불균형 상태가 깨지면 전 기신호를 만들 수가 없다. 그럴 경우 세포가 죽게 된다 Na + - K + pump ( 세포 내외의 전위차가 생긴다 : -60mV ) Na + K+K+ 에너지가 필요 (ATP + CO2<-Glucose + O2)

9 Case 1 V Na+ Clˉ 1 mol NaCl0.1 mol NaCl 도체, - 전해질 경계 면에서 발생하는 ‘ 특이현상 ’ 을 무시 Insulating Membrane ( 절연막 ) 두 전해질에 걸리는 전압 V=? V = 0 [V] 가 걸린다. 왜 ? 절연막에서는 전하의 이동이 없고 양 쪽의 밀도는 다르지만 중 성으로 안정된 상태이기 때문에 전 압차이는 없게 된다. V = 0 [V] 가 걸린다. 왜 ? 절연막에서는 전하의 이동이 없고 양 쪽의 밀도는 다르지만 중 성으로 안정된 상태이기 때문에 전 압차이는 없게 된다.

10 Case 2 V Na+ Clˉ 1 mol NaCl0.1 mol NaCl 도체, - 전해질 경계 면에서 발생하는 ‘ 특이현상 ’ 을 무시 Membrance is permeable to both Na+, Clˉ ( 투과막 ) 두 전해질에 걸리는 전압 V=? V = 0 [V] 가 걸린다. 왜 ? 양 쪽의 밀도는 다르지만 중성 으로 안정된 상태이기 때문에 밀도 차이에 따른 이동만 있을 뿐 전압차 이는 없게 된다. V = 0 [V] 가 걸린다. 왜 ? 양 쪽의 밀도는 다르지만 중성 으로 안정된 상태이기 때문에 밀도 차이에 따른 이동만 있을 뿐 전압차 이는 없게 된다. 확산

11 Case 3 V Na+ Clˉ 1 mol NaCl0.1 mol NaCl 도체, - 전해질 경계 면에서 발생하는 ‘ 특이현상 ’ 을 무시 Semi-permeable membrane (only to Na+, 반투막 ) 두 전해질에 걸리는 전압 V=? V ≠ 0 [V] 가 걸린다. 왜 ? 확산이 일어나 Na + 가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하고 그에 그에따른 막 오른쪽의 + Charge 의 척력이 증 가하여 확산의 힘과 척력의 차이에 따라 전하의 움직임이 결정된다. V ≠ 0 [V] 가 걸린다. 왜 ? 확산이 일어나 Na + 가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하고 그에 그에따른 막 오른쪽의 + Charge 의 척력이 증 가하여 확산의 힘과 척력의 차이에 따라 전하의 움직임이 결정된다. + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - + - + - + - 확산척력

12 Case 3 (graph) ­ + t=1 + ­ t=2 + ­ t=3 membrance 앞에서 말했듯이 확산에 의해서 양쪽에 극성이 생기게 되고, 극성에 따른 전위차 가 생겨서 전압이 0 이 아니게 된다. 시간이 지날수록 확산을 하려는 힘이 줄 어든다. 왜냐하면 확산을 하려고 하는 밀 도의 차이는 줄어들고, 오른쪽에 있는 + 가 확산하려는 왼쪽의 - 를 오지 못하게 밀어 내기 때문이다. t 지난 시간 순서 ( 확산이 일어날수록 변하는 과정 ) 거리 정리하면, Membrane 양단에 전위차가 생기기 위한 조건은 1) 반투과성 막이어야 한다. 2) 농도차이가 있어야 한다. 정리하면, Membrane 양단에 전위차가 생기기 위한 조건은 1) 반투과성 막이어야 한다. 2) 농도차이가 있어야 한다. Ρ: 전하밀도

13 Case Analysis Diffusion 하려는 힘과 Diffusion 을 막는 힘 (Electric field 에 의한 힘 ) 이 균형을 이룰 때 즉, Case 3 와 같을 때 Dynamic Eguilibrium ( 동적 평형 상태 ) 라 한다. Case 3 에서 확산과 오른쪽의 척력이 같아질 때 까지 Na+ 이온은 계속 이동한 다. 이때 전위차가 생기고 전압이 올라간다. t V 왜 일정하지 않고 떨리는 Random noise 가 포함된 신호가 측정되는가 ? 그 이유는 몇 개의 양이온이 계속해서 막의 좌우로 이동하기 때문이다.

14 PN-Junction Diode 재료가 실리콘이다. ( 최 외곽 전자 4 개, 공유결합 ) 전하밀도 Dynamic equilibrum 균형 Si Covolent Bond

15 P-type and N-type diode Si B 4 가 원소인 Si 은 공유결합을 한다. 이러한 Si 공유 결합된 것에 B(3 가 원소 ) 를 임으로 넣어주면 정공이 생기게 된다. 이러한 반도체를 P 형 반도체라 하며 양 (positive) 을 나타낸다. Si N 4 가 원소인 Si 은 공유결합을 한다. 이러한 Si 공유 결합된 것에 N(5 가 원소 ) 를 임으로 넣어주면 잉여전자 가 생기게 된다. 이러한 반도체를 n 형 반도체라 하며 n 은 음 (negative) 을 나타낸다. 3 가 원소 -> 전자부족 P-type 5 가 원소 -> 전자남음 N-type

16 Nernst Eguation Diffusion 에 의한 양전하의 이동량 = Q (—) 부호가 붙는 이유는 양 전하의 이동방향이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐 르기 때문이다. 아보가드르수 확산상수 거리 S 라는 이온 의 농도 [S] X

17 Nernst Eguation Mobility 전압 전자의 전 하량 Valence 절대온도 Boltzmann constant 동적 평형 상태에서는 이온이 용액 안에서 얼마나 잘 움직이나 ?

18 Nernst Eguation membrane

19 a x on t = t₂ Micro electrode 이동이동 Amplifier + - Hyperpolarization Depolarization t 2 = 전류를 흘려줬을 때 µ Reference Electrode 기준전극 D₁D₁ D₂D₂ 전해질 용액 (ECF) µo1 Action potential Repolarization t₁t₁t₂t₂ t 0 Action Potential 측정

20 Hyperpolarization Repolarization Depolarization t₁t₁t₂t₂ t V01 그래프보다 작다 ( 거리가 멀기 때문 ) -60mv Vo2 t0 0 t Vo1 거리가 D1 거리가 D2

21 Micro Piped Micro Electrode 제작 유리관 ② pull pull ①가열 ③절 단 D₂ [m] t0 [s] = Nerve Conductio n Velocity (NCV) 수십 m/s 40m/s~ 90m/s : 2m t=? t=0 NCV = 50m/s t = 2m 50m/s =0004s =40ms 2m2m ④ KCl 을 채운다. ⑤ Ag 전극

22 활동전위와 Nernst 평형전위 Absolute Refraction Period Relative Refraction Period V TH (Threshold voltage) -40mV 0mV 20mV -20mV g(ms/cm 2 ) Membrane Conductance (Membrane Permeability) g Na gkgk 외부자극 ( 대부분 ) Absolutely Refraction Period : 다른 외부의 자 극은 무시됨. Relative Refraction Period : gk 때문에 발생됨. 한번의 자극을 준 뒤에 다시 한번 같은 크기의 AP 가 일어나기 위해서는 ARP 와 RRP 가 지난이 후에 가능하다. Resting Membrane Potential Depolarization Repolarization Hyper Polarization

23 Depolarization & Repolarization K+K+ Na + K+K+ + + + - - - + + + - - - + + + - Depol Repol Pump - - Resting Membrane Potential Depolarization Repolarization Na + -K + Pump Repolarization 이 일어난 뒤에 세포에 기본적으로 유지되어야 하는 Na + 와 K + 의 이온 농도차를 유지해 주기 위하여 Na + -K + Pump 가 사용된다.

24 무수신경에서의 신경전달 +++++++++++++++++++++++++++++++++ +++- - -+++++++++++++++++++++++++++ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +++ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +++ - - - ++++++++++++++++++++++++++ + 가 이동한다 : 안쪽의 + 는 오른쪽으로, 바깥쪽의 + 는 왼 쪽으로 이동하면서 depol 상태 가 마치 옆으로 움직이는 것처 럼 보인다. depol 이 일어나는 횟수가 많 으므로 NCV ( 신경전달속도 ) 는 늦어진다. Action potential 이 일어날때 (local current flow) Axon ( 무수신경 ) →Resting 상태 depol 시간 (t) depol

25 유수신경에서의 신경전달 - - - +++ Node of Ranvier( 랑비에 결절 ) 절연체를 건너뛰고 depol 이 된다 도약전도 Myelin sheth( 절연체 ) depol 시간 (t) 유수신경은 무수신경과 달 리 신경외부에 절연체가 붙 어있어 전하가 고루 분포되 어 있지 않다. 따라서 신경이 신호를 전달할 때 절연체를 건너뛰어서 도약전도를 하 게 된다. 따라서 중간에 시간이 적게 걸려 NCV 가 빠르다.

26 생체계측 우리 몸 ( 소금통 ) 심장 Am p + - V0

27 감사합니다.