Reactions versus Reflexes Lab   

Name:  

 

 

 

 

 

                                                         

Background:  Have you ever had to react to a situation where something was flying at your face?  If so,  you probably used two of our body’s most important – as well as fastest – mechanisms for protecting  your eyes:  reflexes and reactions.  You automatically closed your eyes as the object approached and  you may have ducked your head out of the way.     Closing  your  eyes  automatically  is  a  reflex.  A  reflex  is  an  autonomic  (or  involuntary)  response  to  a  stimulus that helps to protect the body from injury.  Reflexes are very rapid and of short duration since  they  do  not  rely  upon  the  brain  for  “decision  making”.    This  entire  “decision”  to  react  occurs  in  the  spinal cord or brain stem.     Other types of reflexes happen all the time.  In fact, your last visit to the doctor probably involved one.   When  struck  just  below  the  knee  with  a  small  hammer,  your  lower  leg  “kicks”  up  to  protect  the  ligaments inside the knee capsule and to keep your quadriceps from being stretched too far. If you pick  up something very hot, you may drop it to prevent a serious burn.  All of these are examples of reflexes.      Ducking  your  head  out  of  the  way  is  a  reaction.  A  reaction  is  a  somatic  (voluntary)  response  to  a  stimulus. This decision involves the brain and requires the brain to make a decision about what your  response will be. A reaction is the deliberate or voluntary changing of the body’s position to respond to  the stimulus. Reactions may also be very quick and of short duration, but they aren’t always.  Purpose:  the purpose of this laboratory experience is:  •

to understand the difference between a reflex and a reaction 

•

to demonstrate some human reflexes 

•

to be able to calculate your reaction time 

Procedure:     1.

Patellar or Knee Jerk Reflex  The subject is to sit on the edge of the lab table with the legs able  to  swing  freely.  (One  partner  will  be  the  subject  first  and  the  other partner the tester, then you’ll switch.) 

  2.

Once the legs are relaxed and swing freely, the tester should use  the side of their hand to “tap” the subject just below the kneecap.   What happened? Record your results in the data table. 

 

3.

Now have the person sit with their leg straight out.  Tap the  knee in the same place.  Observe and record your results. 

  4.

Switch  places  with  your  partner  and  repeat  steps  1‐3.  Record the data for both partners in your data table. 

  Papillary Reflex  5.

Have the subject close his or her eyes for one minute (no peeking).  After one minute, stare into  the subject’s eyes and tell him/her to open his/her eyes.  Observe and record what happens to  the pupils. 

  6.

After the subject has been tested switch places and repeat with the partner.   

  Babinski’s Response  7.

Have  the  subject  remove  one  shoe  and  sock.  Have  the  subject  sit  on  the  lab  table  with  his/her  foot extending just over the edge. Using a pen cap or fingernail, the experimenter is to scratch the  subject’s foot in one smooth stroke motion from toe to heel.   

  8.

Describe the response in the toes in your data table.  

  9.

After the subject has been tested switch places and repeat with the partner.   

  Blink Reflex  10.

Have the subject hold a sheet of clear plastic (transparency) in front of their face.  Crumple up a  small piece of paper and toss it toward their eyes.  Observe what happens and record your data. 

  11.

After the subject has been tested switch places and repeat with the partner.   

Table 1. Data for Reflex Testing:    Stimulus    Knee Tap  (bent leg) 

My Response 

Partner’s Response   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Knee Tap  (straight leg) 

Pupil Response to  Light 

Touching toe to heel 

Object thrown towards  face 

Procedure for Reaction Time:  1.

Have  the  subject  sit  comfortably  with  their  forearm  resting  on  a  desk.    With  their  index  finger  and  thumb  about  two  inches  apart.  Hold  a  ruler  at  the  30  cm  end  and  have  the  “zero”  (0  cm)  mark lined up between your partner’s finger and thumb. 

2.

Without  warning,  release  the  ruler  and  have  them  grasp  it  as  quickly  as  they  can.    Record  the  distance the meter stick traveled to where the thumb meets the stick.  Repeat the trial three more  times and record your data. 

3.

Switch roles and repeat steps 1 and 2. 

4.

Determine the average distance that the meter stick fell for all of the trials.  Using that average,  calculate the TIME it took for you to react and grab the ruler using the equation on the next page. 

Table 2. Data for Reaction Time:  Trial 

Distance (cm) of fall  Mine 

Partner 

Calculation of Reaction Time t=√(2d/a)

1 

 

 

2 

 

 

3 

 

 

4 

 

 

Average 

 

 

Where… t = reaction time d = average distance of fall a = acceleration due to gravity = 980 cm/s2

Conclusion:    1. In the space below calculate your reaction time and your partner’s reaction time. Show your  work for each.      Mine:            Partner’s:                2. Why doesn’t the patellar reflex happen when your leg is straight?              3. How does the patellar reflex protect us? How does the papillary response prevent injury?  What  would happen without it?                 4. Why is the blinking response effective?  What kind of job would you have where you used this  reflex quite often?                 5. What kind of job would you have where you would want to stop the blinking response?               

  6.                 7.                 8.

Name three sports or occupations where having a fast reaction time is important.  

Give three examples of things that could slow down your reaction time or reflexes.  

Say that a person catches a meter stick very slowly when their hands are cold.  If that person was  able to average catching the meter stick at 93 cm, what is their reaction time?  Show your work  below. 

APPENDIX #1  SECTION 1: REFLEXES AND REFLEX ARCS   Nerve  impulses  follow  routes  through  the  nervous  system  called  nerve  pathways.  Some  of  the  simplest  nerve  pathways  consist  of  little  more  than  two  neurons  that  communicate  across  a  single  synapse.    Reflexes are rapid, involuntary responses to stimuli, which are mediated over simple nerve pathways  called reflex arcs.  Involuntary reflexes are very fast, traveling in milliseconds.   The fastest impulses  can reach 320 miles per hour.     Reflex arcs have five essential components:   1.  The receptor at the end of a sensory neuron reacts to a stimulus.   2.  The sensory neuron conducts nerve impulses along an afferent pathway towards the CNS.   3.  The integration center consists of one or more synapses in the CNS.   4.  A motor neuron conducts a nerve impulse along an efferent pathway from the integration center  to an effector.   5.    An  effector  responds  to  the  efferent  impulses  by  contracting  (if  the  effector  is  a  muscle  fiber)  or  secreting a product (if the effector is a gland).     Reflexes  can  be  categorized  as  either  autonomic  or  somatic.  Autonomic  reflexes  are  not  subject  to  conscious control, are mediated by the autonomic division of the nervous system, and usually involve  the activation of smooth muscle, cardiac muscle, and glands. Somatic reflexes involve stimulation of  skeletal muscles by the somatic division of the nervous system.     Most  reflexes  are  polysynaptic  (involving  more  than  two  neurons)  and  involve  the  activity  of  interneurons  (or  association  neurons)  in  the  integration  center.  Some  reflexes;  however,  are  monosynaptic ("one synapse") and only involve two neurons, one sensory and one motor. Since there  is  some  delay  in  neural  transmission  at  the  synapses,  the  more  synapses  that  are  encountered  in  a  reflex pathway, the more time that is required to effect the reflex.     SECTION 2: THE IMPORTANCE OF REFLEX TESTING   Reflex  testing  is  an  important  diagnostic  tool  for  assessing  the  condition  of  the  nervous  system.  Distorted,  exaggerated,  or  absent  reflex  responses  may  indicate  degeneration  or  pathology            of  portions of the nervous system, often before other signs are apparent.     If  the  spinal  cord  is  damaged,  then  reflex  tests  can  help  determine  the  area  of  injury.  For  example, 

motor  nerves  above  an  injured  area  may  be  unaffected,  whereas  motor  nerves  at  or  below  the  damaged area may be unable to perform the usual reflex activities.     Closed  head  injuries,  such  as  bleeding  in  or  around  the  brain,  may  be  diagnosed  by  reflex  testing.  Remember  that  the  oculomotor  nerve  stimulates  the  muscles  in  and  around  the  eyes.  If  pressure  increases  in  the  cranium  (such  as  from  an  increase  in  blood  volume  due  to  brain  bleeding),  then  the  pressure exerted on CN III may cause variations in the eye reflex responses.     SECTION 3: SPINAL REFLEXES   The spinal cord provides a major pathway for ascending and descending neural tracts. In addition to  this  function,  the  spinal  cord  functions  as  the  integration  center  for  many  reflexes.  These  are  called  spinal reflexes because their arcs pass through the spinal cord.