刺激(しげき)と反応(はんのう)

目(め)や耳(みみ)、皮膚(ひふ)などの感覚器官(かんかくきかん)が光(ひかり)や音(おと)、熱(ねつ)などの刺激(しげき)を受(う)け取(と)ると、その信号(しんごう)は感覚(かんかく)神経(しんけい)を通(とお)って中枢神経(ちゅうすうしんけい)（脳(のう)とせきずい）に伝(つた)えられる。中枢神経(ちゅうすうしんけい)が命令(めいれい)を出(だ)すと、信号(しんごう)は運動(うんどう)神経(しんけい)を通(とお)って筋肉(きんにく)に伝(つた)えられ、反応(はんのう)が起(お)こる。感覚(かんかく)神経(しんけい)と運動(うんどう)神経(しんけい)をまとめて末(まっ)しょう神経(しんけい)という。

熱(あつ)いものに触(ふ)れて意識(いしき)して手(て)を引(ひ)く反応(はんのう)は、刺激(しげき)が脳(のう)まで伝(つた)わり、脳(のう)が判断(はんだん)して命令(めいれい)を出(だ)す。これに対(たい)し、熱(あつ)いものに触(ふ)れて思(おも)わず手(て)を引(ひ)く反射(はんしゃ)は、せきずいが直接(ちょくせつ)命令(めいれい)を出(だ)すため脳(のう)を経由(けいゆ)しない。脳(のう)を経由(けいゆ)しないため、反射(はんしゃ)は反応(はんのう)にかかる時間(じかん)が短(みじか)い。

筋肉(きんにく)は縮(ちぢ)むことしかできない。そのため、関節(かんせつ)をまたいで対(たい)になった筋肉(きんにく)（たとえばうでの表側(おもてがわ)と裏側(うらがわ)の筋肉(きんにく)）が、一方(いっぽう)が縮(ちぢ)み他方(たほう)がゆるむことを交互(こうご)に行(おこな)うことで、関節(かんせつ)を曲(ま)げたり伸(の)ばしたりしている。筋肉(きんにく)と骨(ほね)はけんでつながっている。

（押すと拡大して表示します）

複数(ふくすう)の人(ひと)が手(て)をつないで輪(わ)になり、最初(さいしょ)の人(ひと)がとなりの人(ひと)の手(て)を握(にぎ)った瞬間(しゅんかん)にストップウォッチをスタートさせ、握(にぎ)られた刺激(しげき)が一人(ひとり)ずつ伝(つた)わって最初(さいしょ)の人(ひと)に戻(もど)ってきた瞬間(しゅんかん)に止(と)める実験(じっけん)がある。かかった時間(じかん)を人数(にんずう)で割(われ)ると、一人(ひとり)あたりの反応(はんのう)時間(じかん)が求(もと)められる。

もう一(ひと)つの方法(ほうほう)が、ものさし落下(らっか)の実験(じっけん)である。ものさしを垂直(すいちょく)に持(も)ってもらい、予告(よこく)せずに落(お)とし、落(お)ち始(はじ)めてからつかむまでの落下(らっか)距離(きょり)を読(よ)む。落下(らっか)距離(きょり)を式(しき)$d = \frac{1}{2}gt^2$（gは重力(じゅうりょく)加速度(かそくど)9.8m/s²）にあてはめると、反応(はんのう)にかかった時間(じかん)がわかる。

たとえば、ものさしが19.6cm（0.196m）落(お)ちてからつかめたとすると、$0.196 = \frac{1}{2} \times 9.8 \times t^2$より$t^2 = 0.04$、$t = 0.2$秒(びょう)となる。これは、目(め)で見(み)てから手(て)を動(うご)かすまでの意識(いしき)して起(お)こす反応(はんのう)にかかる時間(じかん)である。

（押すと拡大して表示します）

反射(はんしゃ)が脳(のう)を経由(けいゆ)しないのは、危険(きけん)から体(からだ)を守(まも)るために、できるだけ短(みじか)い経路(けいろ)で命令(めいれい)を伝(つた)える必要(ひつよう)があるためである。信号(しんごう)が脳(のう)まで届(とど)いて判断(はんだん)されるのを待(ま)っていると、熱(あつ)いものから手(て)を引(ひ)くまでの時間(じかん)が長(なが)くなり、やけどなどの害(がい)が大(おお)きくなってしまう。

筋肉(きんにく)が対(たい)になってはたらくのは、筋肉(きんにく)自体(じたい)が縮(ちぢ)む方向(ほうこう)の力(ちから)しか出(だ)せないためである。一方(いっぽう)の筋肉(きんにく)が縮(ちぢ)んで関節(かんせつ)を曲(ま)げたあと、関節(かんせつ)を元(もと)の伸(の)びた状態(じょうたい)に戻(もど)すには、反対(はんたい)側(がわ)についた別(べつ)の筋肉(きんにく)が縮(ちぢ)む必要(ひつよう)がある。

ものさし落下(らっか)の実験(じっけん)で反応(はんのう)時間(じかん)が計算(けいさん)できるのは、ものさしが落(お)ちる運動(うんどう)が、重力(じゅうりょく)による一定(いってい)の加速度(かそくど)で進(すす)む運動(うんどう)（自由(じゆう)落下(らっか)（新しいタブで開きます））であり、落下(らっか)距離(きょり)と時間(じかん)の関係(かんけい)が式(しき)で決(き)まっているためである。