Lightspring / Shutterstock.com

Människor har en magnetisk känsla? Biologer vet andra djur gör. De tror att det hjälper varelser inklusive bin, sköldpaddor och fåglar navigera genom världen.

Forskare har försökt undersöka om människor hör till listan över magnetiskt känsliga organismer. I årtionden har det varit en fram och tillbaka mellan positiva rapporter och misslyckanden att demonstrera egenskapen hos människor, med till synes oändlig kontrovers.

De blandade resultaten hos människor kan bero på att nästan alla tidigare studier grundade sig på beteendemässiga beslut från deltagarna. Om människor har en magnetisk känsla, tyder den dagliga erfarenheten på att det skulle vara väldigt svagt eller djupt undermedvetet. Sådana svaga intryck kan lätt tolkas - eller helt enkelt saknas - när man försöker fatta beslut.

Så vår forskningsgrupp - inklusive en geofysisk biolog, en kognitiv neuroscientist och en neuroengineer - tog ett annat tillvägagångssätt. Vad vi fann ger förmodligen den första konkreta neurovetenskapliga bevis för att människor har en geomagnetisk känsla.

Hur fungerar en biologisk geomagnetisk känsla?

Jorden är omgiven av ett magnetfält, som genereras av planetens flytande kärna. Det är därför en magnetisk kompass pekar mot norr. På jordens yta är detta magnetfält ganska svagt, ca 100 gånger svagare än en kylmagnet.

Livet på jorden utsätts för planetens ständigt närvarande geomagnetiska fält som varierar i intensitet och riktning över planetytan. Nasky / Shutterstock.com

Under de senaste 50 år eller så har forskare visat att hundratals organismer i nästan alla grenar av bakterien, protist och djurkonungar har förmågan att upptäcka och svara på detta geomagnetiska fält. Hos vissa djur som honungsbina - De geomagnetiska beteendesvaren är lika stark som svaren till ljus, lukt eller beröring. Biologer har identifierat starka responser hos ryggradsdjur som sträcker sig från fisk, amfibier, reptiler, många fåglar och en mångfald olika däggdjur inklusive valar, gnagare, fladdermöss, kor och hundar - Den sista är utbildad för att hitta en dold barmagnet. I alla dessa fall använder djuren det geomagnetiska fältet som komponenter i deras homing och navigeringsförmåga, tillsammans med andra signaler som syn, lukt och hörsel.

Skeptiker avskedade tidiga rapporter om dessa svar, till stor del för att det inte verkade vara en biofysisk mekanism som skulle kunna översätta jordens svaga geomagnetiska fält till starka neurala signaler. Denna uppfattning ändrades dramatiskt av upptäckt att levande celler ha förmåga att bygga nanokristaller av ferromagnetiska mineralmagnetit - i stort sett små järnmagneter. Biogena kristaller av magnetit ses först i tänderna hos en grupp mollusker, senare i bakterie, och sedan i en mängd andra organismer som sträcker sig från protister och djur såsom insekter, fisk och däggdjur, innefattande inom vävnader från den mänskliga hjärnan.

Trots det har forskare inte ansett att människor är magnetiskt känsliga organismer.

Manipulerar magnetfältet

I vår nya studie bad vi 34 deltagare helt enkelt att sitta i vår testkammare medan vi direkt registrerade elektrisk aktivitet i hjärnan med elektroencefalografi (EEG). Våra modifierade Faraday bur inkluderade en uppsättning 3-axelspolar som låter oss skapa kontrollerade magnetfält med hög likformighet via elektrisk ström som vi sprang genom sina ledningar. Eftersom vi bor i mitten av breddgraderna på norra halvklotet, dämpar miljömagnetfältet i vårt laboratorium nedåt i norr vid ca 60 grader från horisontellt.

I det normala livet, när någon roterar huvudet - säger att du nickar upp och ner eller vrider huvudet från vänster till höger - kommer det geomagnetiska fältets riktning (som förblir konstant i rymden) att växla i förhållande till deras skalle. Det här är ingen överraskning för ämnets hjärna, eftersom det ledde musklerna att i första hand flytta huvudet på lämpligt sätt.

Studiedeltagarna satt i experimentkammaren mot norr, medan det nedåtriktade fältet roterades medurs (blå pil) från nordväst till nordost eller moturs (röd pil) från nordost till nordväst. Magnetic Field Laboratory, Caltech, CC BY-ND

I vår experimentkammare kan vi flytta magnetfältet tyst i förhållande till hjärnan, men utan att hjärnan har initierat någon signal för att flytta huvudet. Detta kan jämföras med situationer där ditt huvud eller bagage passivt roteras av någon annan, eller när du är en passagerare i ett fordon som roterar. Däremot kommer din kropp fortfarande att registrera vestibulära signaler om sin position i rymden, tillsammans med förändringar i magnetfältet - i motsats till detta var vår experimentella stimulering bara ett magnetfältskifte. När vi flyttade magnetfältet i kammaren upplevde våra deltagare inga uppenbara känslor.

EEG-data å andra sidan visade att vissa magnetfältrotationer skulle kunna utlösa starka och reproducerbara hjärnresponser. Ett EEG-mönster som är känt från befintlig forskning, kallad alfa-ERD (händelsesrelaterad desynkronisering) uppträder vanligen när en person plötsligt upptäcker och behandlar en sensorisk stimulans. Hjärnorna var "oroade" med den oväntade förändringen i magnetfältets riktning, och detta utlöste alfa-vågreduktionen. Att vi såg sådana alfa-ERD-mönster som svar på enkla magnetiska rotationer är kraftfulla bevis för mänsklig magnetoreception.

Video visar den dramatiska, utbredda droppen i alfawågamplitud:

{youtube}6Y4S2eG9BJA{/youtube}
Video visar den dramatiska, utbredda droppen i alfawågamplitud (djupblå färg på vänstra huvudet) efter rotation moturs. Ingen droppe observeras efter medurs rotation eller i fast tillstånd. Connie Wang, Caltech

Våra deltagares hjärnor svarade bara när den vertikala delen av fältet pekade neråt vid ungefär 60 grader (medan den roterades horisontellt), som det här gör naturligt här i Pasadena, Kalifornien. De svarade inte på magnetiska fältets onaturliga riktningar - som när de pekade uppåt. Vi föreslår att svaret är inställt på naturliga stimuli, vilket återspeglar en biologisk mekanism som har formats av naturligt urval.

Andra forskare har visat att djurs hjärnor filtrerar magnetiska signaler, bara svarar mot dem som är miljömässigt relevanta. Det är vettigt att avvisa en magnetisk signal som är för långt bort från de naturliga värdena, eftersom det troligen kommer från en magnetisk anomali - till exempel en belysningsstrejk eller lodinstopp i marken. En tidig rapport om fåglar visade att robins slutar använda det geomagnetiska fältet om styrkan är mer än omkring 25 procent skiljer sig från vad de var vana vid. Det är möjligt att denna tendens kan vara varför tidigare forskare hade problem med att identifiera denna magnetiska mening - om de vriden upp magnetfältets styrka att "hjälpa" ämnen upptäcka det, kunde de i stället säkerställa att patientens hjärnor ignorerade det.

Dessutom visar vår serie av experiment att receptormekanismen - den biologiska magnetometern hos människor - inte är elektrisk induktion och kan berätta norr från söder. Den senare funktionen reglerar helt den så kallade "Kvantkompass" eller "kryptokrom" mekanism som idag är populär i djurlitteraturen om magnetoreception. Våra resultat är konsekventa endast med funktionella magnetoreceptorceller baserat på biologisk magnetit hypotes. Observera att ett magnetitbaserat system kan också förklara alla beteendeeffekter hos fåglar som främja ökningen av kvantkompasshypotesen.

Hjärnor registrerar magnetiska skift, undermedvetet

Våra deltagare var alla omedvetna om magnetfältskift och deras hjärnresponser. De kände att ingenting hade hänt under hela experimentet - de hade bara satt ensam i mörk tystnad i en timme. Under, men deras hjärnor avslöjade ett brett spektrum av skillnader. Vissa hjärnor visade nästan ingen reaktion, medan andra hjärnor hade alfavågor som krympte till halva sin normala storlek efter ett magnetfältväxling.

Det återstår att se vad dessa dolda reaktioner kan betyda för mänskliga beteendemöjligheter. Uppspeglar de svaga och starka hjärnresponserna någon form av individuella skillnader i navigeringsförmåga? Kan de med svagare hjärnreaktioner dra nytta av någon form av träning? Kan de med starka hjärnresponser träna för att verkligen känna magnetfältet?

Ett mänskligt svar på jordens magnetiska fält kan tyckas överraskande. Men med tanke på magnetisk känsla hos våra djurfäder kan det vara mer överraskande om människor hade helt förlorat varje sista del av systemet. Hittills har vi funnit bevis för att människor har arbetat med magnetiska sensorer som skickar signaler till hjärnan - en tidigare okänd sensorisk förmåga i det undermedvetna mänskliga sinnet. Den fullständiga omfattningen av vårt magnetiska arv återstår att upptäckas.

Om Författarna

Shinsuke Shimojo, Gertrude Baltimore Professor i experimentell psykologi, California Institute of Technology; Daw-An Wu,, California Institute of Technology, och Joseph Kirschvink, Nico och Marilyn Van Wingen Professor i geobiologi, California Institute of Technology

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon