シナプスでの伝達時間

ある反射の経路は、受容器から脊髄までの感覚神経、脊髄の中の 1 か所のシナプス、脊髄から筋肉までの運動神経でできている（介在ニューロンはない）。感覚神経の長さは $0.54\text{m}$、運動神経の長さは $0.66\text{m}$ で、どちらの神経でも興奮は $60\text{m/s}$ の速さで伝導する。

受容器が刺激を受けてから、運動神経の末端（筋肉との接続部）に興奮が届くまでの時間を測ると $20.8$ ミリ秒であった。受容器で興奮が生じるのにかかる時間は無視できるものとする。脊髄の中のシナプス 1 か所で興奮が伝達されるのにかかる時間は何ミリ秒か。

ある脊椎動物の脊髄反射について、次の実験を行った。感覚神経上に点 ${\text{P}}_1$ と点 ${\text{P}}_2$ をとる。点 ${\text{P}}_1$、点 ${\text{P}}_2$ は、感覚神経が脊髄に入る位置から感覚神経に沿ってそれぞれ $150\text{mm}$、$60\text{mm}$ の位置にある。また、運動神経が脊髄から出る位置を点 $\text{M}$ とし、点 $\text{M}$ から運動神経に沿って $75\text{mm}$ 離れた位置に記録電極を置いた点を $\text{R}$ とする。

実験 1、2 の興奮は、感覚ニューロンから運動ニューロンへ、シナプスを $1$ か所だけ経由して伝わる経路（経路 X）を通ったものである。

次に、別の反射の経路 Y を調べた。経路 Y では、感覚ニューロンの興奮が、脊髄内で直列につながった何個かの介在ニューロンを順に経由して、別の運動ニューロンに伝わる。経路 Y の感覚ニューロンと運動ニューロンの伝導速度は経路 X のものとそれぞれ等しく、点 ${\text{P}}_2$ から脊髄までの距離、点 $\text{M}$ に対応する位置から記録点までの距離もそれぞれ経路 X と等しい。経路 Y で点 ${\text{P}}_2$ を刺激したところ、記録点で活動電位が記録されるまでの時間は $5.3\text{ms}$ であった。

シナプス $1$ か所あたりの伝達にかかる時間はすべてのシナプスで等しく、脊髄内での神経繊維上の伝導にかかる時間、および刺激してから活動電位が発生するまでの時間は無視できるものとする。経路 Y に含まれる介在ニューロンの数を求めよ。

ある哺乳類の脊髄と、それにつながる感覚神経・運動神経を取り出した標本を用いて、次の実験 1〜3 を行った。この標本には、筋紡錘からの感覚ニューロンが脊髄内で運動ニューロンに直接シナプスをつくる経路（経路 X）と、感覚ニューロンと運動ニューロンの間に介在ニューロンが何個か直列に 1 個ずつつながっている経路（経路 Y）がある。

感覚神経上の点 $P_1$, $P_2$ は、感覚神経が脊髄に入る点からそれぞれ神経に沿って $120\text{mm}$、$45\text{mm}$ の位置にある。運動神経上の点 $M$ と記録点 $R$ は、運動神経が脊髄から出る点からそれぞれ神経に沿って $15\text{mm}$、$75\text{mm}$ の位置にある。

• 実験 1：点 $M$ を電気刺激すると、刺激から $1.2\text{ms}$ 後に点 $R$ で活動電位が記録された。
• 実験 2：点 $P_1$ を電気刺激すると、点 $R$ では経路 X による活動電位が刺激から $3.9\text{ms}$ 後に記録された。
• 実験 3：点 $P_2$ を電気刺激すると、点 $R$ では経路 X による活動電位が刺激から $2.9\text{ms}$ 後に、経路 Y による活動電位が刺激から $4.5\text{ms}$ 後に記録された。

ただし、感覚ニューロンの軸索どうし、運動ニューロンの軸索どうしでは興奮の伝導速度はそれぞれ等しく一定であり、脊髄内での興奮の伝導にかかる時間（介在ニューロン内の伝導を含む）と、刺激してから活動電位が発生するまでの時間は無視できるものとする。また、1 つのシナプスでの伝達にかかる時間はどのシナプスでも等しいとする。

経路 Y に含まれる介在ニューロンの数を求めよ。