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カエル検流計は、18世紀後半から19世紀にかけて電圧を検出するために使用された高感度電気機器でした[ 1 ] 。これは、神経に電気的に接続された皮を剥いだカエルの脚で構成されています。この機器はルイージ・ガルヴァーニによって発明され、カルロ・マテウッチによって改良されました。
カエル検流計をはじめとするカエルを用いた実験は、ガルヴァーニとアレッサンドロ・ボルタの間で繰り広げられた電気の性質をめぐる論争において重要な役割を果たした。この装置は非常に感度が高く、電気機械式メーターが普及した後も19世紀に入ってから長く使用され続けた。
この装置の同義語には、ガルバノスコープフロッグ、フロッグの脚ガルバノスコープ、フロッグガルバノメーター、レオスコープフロッグ、フロッグ検電器などがあります。この装置は、ガルバノメーターではなくガルバノスコープと呼ぶのが適切です。ガルバノメーターは正確な測定を意味するのに対し、ガルバノスコープは指示を与えるだけだからです。[ 2 ] 現代の用法では、ガルバノメーターは電圧ではなく電流を測定するための高感度な実験室用機器です。現場で使用される日常的な電流計はアンメーターと呼ばれます。[ 3 ]電圧測定に関しては、検電器、電位計、電圧計の 間にも同様の区別があります。
カエルは初期の科学者の実験室でよく実験対象とされた。小さくて扱いやすく、入手も容易だったからである。 例えば、マルチェロ・マルピーギは17世紀に肺の研究にカエルを用いた。カエルは特に筋肉活動の研究に適していた。特に脚では、筋肉の収縮が容易に観察でき、神経も容易に解剖できる。科学者にとって望ましいもう一つの特徴は、これらの収縮が死後もかなりの時間続くことだった。また18世紀には、レオポルド・カルダーニとフェリーチェ・フォンタナがアルブレヒト・フォン・ハラーの過敏性理論を検証するためにカエルに電気ショックを与えた。[ 4 ]
ボローニャ大学の講師であったルイージ・ガルヴァーニは、 1780年頃からカエルの神経系の研究を行っていた。この研究には、アヘン剤や静電気に対する筋肉の反応も含まれており、実験のためにカエルの脊髄と後肢を一緒に解剖し、皮膚を取り除いた。1781年、[ 5 ]カエルの解剖中に観察が行われた。ガルヴァーニの助手の一人がメスで解剖中のカエルの腿神経に触れた瞬間に電気機械が放電した。放電が起こるとカエルの脚がぴくぴくと動いた。 [ 6 ] ガルヴァーニは、神経から筋肉に金属回路を接続することで、準備したカエルの脚（構造の項を参照）をぴくぴく動かせることを発見し、最初のカエル検流計を発明した。[ 7 ]ガルヴァーニはこれらの結果を1791年に『De viribus electricitatis』 で発表した。[ 8 ]
カエルが遠くから反応したという話の別のバージョンでは、稼働中の電気機械と同じテーブルでスープ用にカエルが準備されていた。ガルヴァーニの妻は、助手が誤って神経に触れたときにカエルがぴくっと動くのに気づき、その現象を夫に報告した。[ 9 ] この話はジャン＝ルイ・アリベールに由来し、ピッコリーノとブレサドラによれば、おそらく彼が創作したものだろう。[ 10 ]
ガルヴァーニと甥のジョヴァンニ・アルディーニは、電気実験でカエル検流計を使用した。 カルロ・マッテウッチはこの装置を改良し、広く知られるようにした。[ 11 ]ガルヴァーニはカエル検流計を使って動物電気の理論、つまり生物には新しい種類の電気として現れる 生命力があるという 理論を研究し、広めた。アレッサンドロ・ボルタはこの理論に反対し、ガルヴァーニや他の支持者が目撃した電気は回路内の金属接点の帯電によるものだと考えていた。ボルタがボルタ電池（一般的な亜鉛炭素電池の先駆け）を発明した動機は、主に動物実験で見られる電気効果を生み出すのに生命力は必要ないことを示すために、完全に非生物材料で回路を構築できるようにするためだった。マッテウッチはボルタに答えて、金属接点は必要ないことを示すために、カエル電池を含む完全に生物材料で回路を構築した。ガルバーニの動物電気理論もボルタの接触帯電理論も、現代の電気科学の一部ではない。[ 12 ] しかし、1930年代にアラン・ホジキンは、神経には実際にイオン電流が流れていることを示した。[ 13 ]
マテウッチはカエル検流計を用いて、切断されたばかりの人間の四肢を含む筋肉と電気の関係を研究した。マテウッチは測定結果から、すべての筋肉の内部から外部へ電流が絶えず流れていると結論付けた。[ 14 ] マテウッチの考えは同時代の人々に広く受け入れられたが、現在では信じられておらず、彼の結果は傷害の可能性という観点から説明されている。[ 15 ]
カエルの後ろ足全体を坐骨神経が付着したままカエルの体から切り離し、場合によっては脊髄の一部も切り離します。足の皮を剥ぎ、2つの電気接続を行います。これらは金属線や箔で神経と足の付け根を包むことで行うことができますが[ 16 ]、より便利な方法は、図に示すマテウッチの装置を使用することです。足をガラス管に入れ、神経だけを突き出させます。神経の2つの異なる点に接続します[ 17 ] 。
マテウッチによれば、筋肉との直接的な電気的接触を避けることで、この機器の精度が最も高くなる。つまり、接続は神経のみに行われる。マテウッチはまた、神経を十分に剥離し、鋭利な金属プローブを神経に直接使用しないように、濡れた紙で接触するようにアドバイスしている。[ 18 ]
カエルの脚を電位のある回路に接続すると、筋肉が収縮して脚が短時間ぴくぴく動きます。回路が切断されると、再びぴくぴく動きます。[ 16 ]この装置は極めて小さな電圧 を検出することができ、電磁検流計や金箔検電器など、19世紀前半に利用可能だった他の装置をはるかに凌駕することができました。そのため、他の装置が利用可能になった後も、この装置は長く人気を保ちました。検流計は、電流が方位磁針の針を偏向させることをハンス・クリスチャン・エルステッドが発見したことにより、1820年に実現しました。金箔検電器はさらに早く（アブラハム・ベネット、1786年）存在していました。[ 19 ] しかし、ゴールディング・バードは1848年に「カエルの脚の過敏な筋肉は、最も感度の高い凝縮検電器よりも少なくとも56,000倍も繊細な電気のテストである」と書いています。[ 20 ]バードがここで使用しているコンデンサーという 言葉はコイルを意味し、これはヨハン・ポッゲンドルフがボルタのコンデンサーの用語になぞらえて名付けたものである。[ 2 ]
カエル検流計は電流の方向を検出するために使用できます。これには、ある程度感覚が鈍くなったカエルの脚が必要です。この装置の感度は、処理したばかりの脚で最も高く、その後時間とともに低下するため、古い脚が最適です。脚の反応は、一方の方向の電流に対して他方の方向の電流よりも大きく、適切に感覚が鈍くなった脚では、一方の方向の電流にのみ反応する場合があります。神経から脚に電流が入ると、回路が形成されるときに脚がぴくぴくします。脚から電流が流れると、回路が切断されたときに脚がぴくぴくします。[ 21 ]
カエル検流計の主な欠点は、カエルの脚を頻繁に交換する必要があることです。[ 22 ] 脚は最大44時間反応し続けますが、その後は新しい脚を用意する必要があります。[ 13 ]