Reactietijd en zenuwgeleidingssnelheid kwantitatief onderzoeken

Niveauaanduiding: HAVO 3 of 4 — passend bij het hoofdstuk Zenuwstelsel (prikkelgeleiding, synaps, reactietijd, reflexboog).

Inleiding

De reactietijd is de som van meerdere deelprocessen: sensorische verwerking in het zintuig, overdracht naar de hersenen, verwerking in de hersenschors, motorische aansturing en spiercontractie. Elk deelproces kost tijd, en de totale reactietijd weerspiegelt de efficiëntie van het gehele neurale circuit. Door de reactietijd bij verschillende prikkels en omstandigheden te vergelijken, kunt u inzicht krijgen in waar de meeste tijd verloren gaat.

Leerdoelen

Na afloop van dit practicum kunt u:

• de reactietijd opsplitsen in deelprocessen en de bijdrage van elk benoemen;
• de reactietijd meten via de Phyphox-methode en via de liniaalvalmethode;
• het effect van vermoeidheid, verwachting en afleiding op de reactietijd kwantificeren;
• de zenuwgeleidingssnelheid schatten uit de reactietijd en de zenuwlengte;
• het verschil tussen een directe reflexboog en een bewuste reactie verklaren.

Achtergrondinformatie

De totale reactietijd RT bestaat uit:

• Sensorische vertraging: tijd voor prikkelomzetting in het zintuig (~10–30 ms);
• Zenuwgeleidingstijd naar de hersenen: L_{zintuig→hersenen}/v (~5–15 ms);
• Centrale verwerkingstijd in de hersenschors (~100–180 ms, het dominante onderdeel);
• Motorische geleidingstijd naar de spier (~5–15 ms);
• Spieractiveringslatentie (~20–30 ms).

De zenuwgeleidingssnelheid van gemyeliniseerde A-vezels bedraagt 50–70 m/s. Bij een arm van 70 cm lengte bedraagt de zenuwgeleidingstijd enkel heen: 0,70/60 ≈ 12 ms. Dit is een fractie van de totale RT van 200 ms; het centrale verwerkingsproces domineert.

De liniaalvalmethode zet de valtijd om naar reactietijd via s = ½g·t² → t = √(2s/g). Bij s = 15 cm: t = √(2 × 0,15/9,81) ≈ 175 ms.

Benodigde laboratoriumapparatuur

• smartphone met Phyphox-app;
• liniaal van 30 cm;
• meetlint;
• partner voor de liniaalvalmethode.

Veiligheid

Geen gevaren. Houd de telefoon stevig vast tijdens de schudmeting.

Werkwijze

Methode 1 — Phyphox Reaction Time

1. Open Phyphox → Reaction Time. Voer 15 metingen uit in rust. Bereken gemiddelde en σ.
2. Herhaal na 2 minuten intensieve inspanning (vermoeidheidsconditie).
3. Herhaal terwijl u een tekst voorleest (dubbeltaakconditie).

Methode 2 — Liniaalvalmethode

1. Persoon A houdt de liniaal verticaal vast bij de 30 cm-markering. Persoon B houdt duim en wijsvinger om de 0 cm-markering zonder de liniaal vast te pakken.
2. Persoon A laat zonder aankondiging los. Persoon B grijpt zo snel mogelijk.
3. Meet de gevallen afstand s. Bereken RT = √(2s/g). Herhaal 10 keer.

Vergelijking

1. Vergelijk de RT uit Methode 1 en 2. Zijn ze consistent?
2. Bereken de verwachte zenuwgeleidingstijd voor de arm (meting: arm = 70 cm, v = 60 m/s).

Verwerkingsvragen

1. Noem de vijf deelprocessen van de reactietijd en schat voor elk de bijdrage in milliseconden.
2. Bereken de verwachte valtijd bij s = 12 cm via t = √(2s/g). Vergelijk met de gemeten RT.
3. Welke conditie gaf de langste RT: rust, vermoeidheid of dubbeltaak? Verklaar fysiologisch.
4. Bereken de zenuwgeleidingstijd voor de arm (70 cm, v = 60 m/s). Welk percentage van de totale RT is dit?
5. Een reflex (kniepeesreflex) heeft een latentie van 30 ms. Verklaar waarom dit zo veel sneller is dan een bewuste reactie van 200 ms.

Uitwerkingen

1. Vijf deelprocessen:
   Sensorische transductie (10–30 ms) + afferente geleiding (5–15 ms) + centrale verwerking (100–180 ms) + efferente geleiding (5–15 ms) + spieractivering (20–30 ms). Totaal: 140–270 ms. Centrale verwerking domineert.
2. Valtijd bij 12 cm:
   t = √(2 × 0,12/9,81) = √(0,0245) ≈ 156 ms. Dit is iets lager dan de Phyphox-meting doordat de Phyphox-methode ook de lichamelijke bewegingsduur meet.
3. Dubbeltaak:
   De dubbeltaakconditie geeft doorgaans de langste RT (20–80 ms meer). De centrale verwerkingscapaciteit is beperkt; gelijktijdige cognitieve taken verlagen de aandacht voor de prikkel.
4. Zenuwgeleidingstijd arm:
   t = 0,70/60 ≈ 12 ms (enkel) of 24 ms (heen en terug). Als percentage van 200 ms totale RT: 12%. De centrale verwerking is veruit dominant.
5. Reflex vs bewuste reactie:
   Bij de kniepeesreflex loopt het signaal van de spierrekel via het ruggenmerg direct terug naar de spier — de hersenschors is niet betrokken. Hierdoor valt de trage centrale verwerkingsstap weg, en resteert alleen de geleidingstijd en spieractivering: totaal ≈ 30 ms.

Achtergrond

De reactietijd neemt toe bij gebruik van alcohol en vermindert bij cafeïne. Uit onderzoek blijkt dat een promille alcohol de reactietijd met gemiddeld 40–60 ms verlengt — genoeg om bij 120 km/h 1,3–2,0 extra meters door te rijden voor het remmen begint. Dit is een van de sterkste fysiologische argumenten voor alcohollimieten in het verkeer.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert linialen, stopwatches en onderwijsmaterialen voor zenuwstelsel-practica in het voortgezet onderwijs.

Bekijk het assortiment biologie artikelen of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.