Lightspring / Shutterstock.com

Har mennesker en magnetisk sans? Biologer ved det andre dyr gør. De tror, ​​det hjælper skabninger, herunder bier, skildpadder og fugle navigere gennem verden.

Forskere har forsøgt at undersøge, om mennesker hører til på listen over magnetisk følsomme organismer. I årtier har der været en frem og tilbage mellem positive rapporter , manglende demonstration træk hos mennesker med tilsyneladende uendelig kontrovers.

De blandede resultater hos mennesker kan skyldes, at stort set alle tidligere studier var afhængige af adfærdsmæssige beslutninger fra deltagerne. Hvis mennesker har en magnetisk sans, antyder den daglige erfaring, at den ville være meget svag eller dybt underbevidst. Sådanne svage indtryk kunne let fortolkes forkert - eller bare gå glip af - når man prøver at tage beslutninger.

Så vores forskningsgruppe - inklusive en geofysisk biolog, en kognitiv neurovidenskab og en neuroingeniør - tog en anden tilgang. Hvad vi fandt uden tvivl den første konkrete neurovidenskabelige bevis for, at mennesker har en geomagnetisk sans.

Hvordan fungerer en biologisk geomagnetisk sans?

Jorden er omgivet af et magnetfelt, der genereres af bevægelsen af ​​planetens flydende kerne. Derfor peger et magnetisk kompas mod nord. På jordens overflade er dette magnetfelt ret svagt, omkring 100 gange svagere end en køleskabsmagnet.

Livet på jorden udsættes for planetens evigt tilstedeværende geomagnetiske felt, der varierer i intensitet og retning på tværs af planetoverfladen. Nasky / Shutterstock.com

I løbet af de sidste 50 år har forskere vist, at hundreder af organismer i næsten alle grene af bakterien, protist og dyreriger har evnen til at opdage og reagere på dette geomagnetiske felt. Hos nogle dyr - såsom honningbier - de geomagnetiske adfærdsmæssige reaktioner er lige så stærk som svarene til lys, lugt eller berøring. Biologer har identificeret stærke reaktioner hos hvirveldyr, der spænder fra fisk, padder, krybdyr, mange fugle og et varieret udvalg af pattedyr inklusive hvaler, gnavere, flagermus, køer , hunde - hvoraf den sidste kan trænes i at finde en skjult stangmagnet. I alle disse tilfælde bruger dyrene det geomagnetiske felt som komponenter i deres mål- og navigationsevner sammen med andre signaler som syn, lugt og hørelse.

Skeptikere afviste tidlige rapporter om disse svar, hovedsageligt fordi der ikke syntes at være en biofysisk mekanisme, der kunne oversætte Jordens svage geomagnetiske felt til stærke neurale signaler. Denne opfattelse blev dramatisk ændret af opdagelse, at levende celler har den evne til at bygge nanokrystaller af ferromagnetisk mineralsk magnetit - dybest set små jernmagneter. Biogene krystaller af magnetit blev først set i tænderne på en gruppe bløddyr senere i bakterierog derefter i en række andre organismer lige fra protister og dyr såsom insekter, fisk og pattedyr, inklusive i væv i den menneskelige hjerne.

Ikke desto mindre har forskere ikke betragtet mennesker som magnetisk følsomme organismer.

Manipulering af magnetfeltet

I vores nye undersøgelse bad vi 34 deltagere simpelthen om at sidde i vores testkammer, mens vi direkte registrerede elektrisk aktivitet i deres hjerner med elektroencefalografi (EEG). Vores modificerede Faraday bur inkluderet et sæt 3-aksede spoler, der lader os skabe kontrollerede magnetfelter med høj ensartethed via elektrisk strøm, vi løb gennem dens ledninger. Da vi bor midt på den nordlige halvkugle, falder miljømagnetfeltet i vores laboratorium nedad mod nord omkring 60 grader fra vandret.

I det normale liv, når nogen roterer hovedet - sig, nikker op og ned eller drejer hovedet fra venstre mod højre - vil retningen af ​​det geomagnetiske felt (som forbliver konstant i rummet) skifte i forhold til deres kranium. Dette er ingen overraskelse for motivets hjerne, da det instruerede musklerne i første omgang at bevæge hovedet på den rette måde.

Studiedeltagere sad i det eksperimentelle kammer mod nord, mens det nedadrettede felt drejede med uret (blå pil) fra nordvest til nordøst eller mod uret (rød pil) fra nordøst til nordvest. Magnetfeltlaboratorium, Caltech, CC BY-ND

I vores eksperimentelle kammer kan vi bevæge magnetfeltet lydløst i forhold til hjernen, men uden at hjernen har startet noget signal om at bevæge hovedet. Dette kan sammenlignes med situationer, hvor dit hoved eller bagagerum roteres passivt af en anden, eller når du er passager i et køretøj, der roterer. I disse tilfælde vil din krop dog stadig registrere vestibulære signaler om sin position i rummet sammen med magnetfeltændringerne - i modsætning hertil var vores eksperimentelle stimulering kun et magnetfeltskift. Da vi skiftede magnetfeltet i kammeret, oplevede vores deltagere ikke nogen åbenlyse følelser.

EEG-dataene afslørede på den anden side, at visse magnetfeltrotationer kunne udløse stærke og reproducerbare hjerneresponser. Et EEG-mønster kendt fra eksisterende forskning, kaldet alfa-ERD (hændelsesrelateret desynkronisering), vises typisk, når en person pludselig opdager og behandler en sensorisk stimulus. Hjernen var "bekymret" over den uventede ændring i magnetfeltets retning, og dette udløste alfa-bølgereduktion. At vi så sådanne alfa-ERD-mønstre som reaktion på enkle magnetiske rotationer er et stærkt bevis for menneskelig magnetoreception.

Video viser det dramatiske, udbredte fald i alfa-bølge amplitude:

{youtube}6Y4S2eG9BJA{/youtube}
Video viser det dramatiske, udbredte fald i alfa-bølge-amplitude (dybblå farve på hovedet til venstre) efter rotation mod uret. Intet fald observeres efter rotation med uret eller i den faste tilstand. Connie Wang, Caltech

Vores deltagers hjerner reagerede kun, når den lodrette komponent i feltet pegede nedad på omkring 60 grader (mens den vandrede roterer), som det er naturligt her i Pasadena, Californien. De reagerede ikke på unaturlige retninger af magnetfeltet - som når det pegede opad. Vi foreslår, at svaret er indstillet på naturlige stimuli, hvilket afspejler en biologisk mekanisme, der er formet af naturlig selektion.

Andre forskere har vist, at dyrenes hjerner filtrerer magnetiske signaler og kun reagerer på dem, der er miljømæssigt relevante. Det giver mening at afvise ethvert magnetisk signal, der er for langt væk fra de naturlige værdier, fordi det højst sandsynligt er fra en magnetisk anomali - f.eks. Et lysslag eller lodstenaflejring i jorden. En tidlig rapport om fugle viste, at robins holder op med at bruge det geomagnetiske felt, hvis styrken er mere end ca. 25 procent forskellig fra det, de var vant til. Det er muligt, at denne tendens kan være, hvorfor tidligere forskere havde problemer med at identificere denne magnetiske sans - hvis de skruede op for magnetfeltets styrke for at ”hjælpe” forsøgspersoner med at opdage det, havde de måske i stedet sikret, at forsøgspersoners hjerner ignorerede det.

Desuden viser vores serie eksperimenter, at receptormekanismen - det biologiske magnetometer hos mennesker - ikke er elektrisk induktion og kan fortælle nord fra syd. Denne sidstnævnte funktion udelukker helt den såkaldte "Kvantekompas" eller "kryptokrom" mekanisme, som er populær i disse dage i dyrelitteraturen om magnetoreception. Vores resultater er kun i overensstemmelse med funktionelle magnetoreceptorceller baseret på biologisk magnetithypotese. Bemærk, at et magnetit-baseret system kan også forklare alle adfærdsmæssige virkninger hos fugle der fremmede stigningen i kvantekompasshypotesen.

Hjerner registrerer magnetiske skift, ubevidst

Vores deltagere var alle uvidende om magnetfeltskiftene og deres hjernesvar. De følte, at der ikke var sket noget under hele eksperimentet - de havde bare siddet alene i mørk stilhed i en time. Nedenunder afslørede deres hjerner dog en lang række forskelle. Nogle hjerner viste næsten ingen reaktion, mens andre hjerner havde alfabølger, der faldt til halvdelen af ​​deres normale størrelse efter et magnetfeltskift.

Det er stadig at se, hvad disse skjulte reaktioner kan betyde for menneskelige adfærdsmæssige evner. Genspejler de svage og stærke hjerneresponser en slags individuelle forskelle i navigationsevne? Kan de med svagere hjernesvar drage fordel af en eller anden form for træning? Kan de med stærke hjernesvar trænes i at føle magnetfeltet?

Et menneskeligt svar på magnetiske felt på jordstyrke kan virke overraskende. Men i betragtning af beviset for magnetisk fornemmelse hos vores dyre forfædre kan det være mere overraskende, hvis mennesker helt havde mistet hvert eneste stykke af systemet. Indtil videre har vi fundet beviser for, at folk har magnetiske sensorer, der arbejder, der sender signaler til hjernen - en tidligere ukendt sensorisk evne i det underbevidste menneskesind. Det fulde omfang af vores magnetiske arv er stadig at opdage.

Om forfatterne

Shinsuke Shimojo, professor i eksperimentel psykologi, Gertrude Baltimore, California Institute of Technology; Daw-An Wu,, California Institute of Technologyog Joseph Kirschvink, Nico og Marilyn Van Wingen professor i geobiologi, California Institute of Technology

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Relaterede bøger

at InnerSelf Market og Amazon