Lightspring / Shutterstock.com

Adakah manusia mempunyai makna magnet? Ahli biologi tahu haiwan lain lakukan. Mereka fikir ia membantu makhluk termasuk lebah, kura-kura dan burung menavigasi dunia.

Para saintis telah cuba menyiasat sama ada manusia tergolong dalam senarai organisme sensitif magnetik. Selama beberapa dekad, sudah ada antara satu sama lain laporan positif and kegagalan untuk menunjukkan sifat pada orang, dengan kontroversi yang seolah-olah tidak berkesudahan.

Keputusan yang bercampur-campur dalam orang mungkin disebabkan oleh fakta bahawa hampir semua kajian terdahulu bergantung pada keputusan tingkah laku dari peserta. Jika manusia mempunyai rasa magnet, pengalaman harian menunjukkan bahawa ia akan sangat lemah atau sedar sedar. Kesan samar-samar sedemikian mudah dengan mudah disalahtafsirkan - atau hanya ketinggalan - ketika cuba membuat keputusan.

Jadi kumpulan penyelidikan kami - termasuk a ahli biologi geofizikal, ahli sains saraf dan neuroengineer - mengambil pendekatan lain. Apa yang kita dapati boleh dikatakan menyediakan neuroscientific konkrit pertama bukti bahawa manusia mempunyai rasa geomagnetik.

Bagaimanakah perasaan biologi geomagnetik berfungsi?

Bumi dikelilingi oleh medan magnet, yang dihasilkan oleh pergerakan teras cecair planet. Sebab itulah sudut kompas magnetik utara. Di permukaan Bumi, medan magnet ini agak lemah, kira-kira 100 kali lebih lemah daripada magnet magnet.

Kehidupan di Bumi terdedah kepada medan geomagnet yang pernah ada di bumi yang bervariasi dalam keamatan dan arah di permukaan bumi. Nasky / Shutterstock.com

Sepanjang tahun 50 yang lalu, saintis telah menunjukkan bahawa beratus-ratus organisme di hampir semua cawangan bakteria, protista dan kerajaan-kerajaan haiwan mempunyai keupayaan untuk mengesan dan menanggapi medan geomagnetik ini. Dalam sesetengah haiwan - seperti lebah madu - tindak balas tingkah laku geomagnetik adalah setakat tanggapan kepada cahaya, bau atau sentuhan. Para ahli biologi telah mengenal pasti tindak balas yang kuat dalam vertebrata mulai dari ikan, amfibia, reptilia, banyak burung dan pelbagai jenis mamalia termasuk ikan paus, tikus, kelawar, lembu and anjing - yang terakhir boleh dilatih untuk mencari magnet bar tersembunyi. Dalam semua kes ini, haiwan menggunakan medan geomagnetik sebagai komponen kebangkitan dan kemahiran navigasi mereka, bersama dengan petunjuk lain seperti penglihatan, bau dan pendengaran.

Skeptis menolak laporan awal tanggapan ini, sebahagian besarnya kerana tidak nampaknya mekanisme biophysical yang boleh menterjemahkan medan geomagnetik lemah Bumi menjadi isyarat saraf yang kuat. Pandangan ini berubah secara mendadak oleh penemuan bahawa sel hidup mempunyai keupayaan untuk membina nanocrystals daripada ferromagnetik magnetit mineral - pada dasarnya, magnet besi kecil. Kristal biogenik magnetit mula-mula dilihat pada gigi satu kumpulan moluska, kemudian masuk bakteria, dan kemudian dalam pelbagai organisma lain dari protista dan haiwan seperti serangga, ikan dan mamalia, termasuk dalam tisu otak manusia.

Walau bagaimanapun, saintis tidak menganggap manusia sebagai organisma sensitif magnetik.

Memanipulasi medan magnet

Dalam kajian baru kami, kami meminta para peserta 34 untuk duduk di dalam bilik ujian kami sementara kami langsung mencatatkan aktiviti elektrik di otak mereka dengan elektroensefalografi (EEG). Kami diubah suai Sangkar Faraday termasuk satu set gegelung paksi 3 yang membolehkan kita mewujudkan medan magnet yang dikawal keseragaman tinggi melalui arus elektrik yang kita lari melalui wayarnya. Oleh kerana kita hidup di tengah latitud di Hemisfera Utara, medan magnet alam sekitar di makmal kami menurun ke utara di kira-kira darjah 60 dari mendatar.

Dalam kehidupan biasa, apabila seseorang memutar kepalanya - katakan, mengangguk ke atas atau ke bawah atau menghidupkan kepala dari kiri ke kanan - arah medan geomagnetik (yang tetap berterusan di angkasa) akan beralih relatif kepada tengkorak mereka. Ini tidak mengejutkan otak subjek, kerana ia mengarahkan otot untuk menggerakkan kepala dengan cara yang sesuai di tempat pertama.

Pelajar belajar duduk di ruang percubaan yang menghadap ke utara, manakala medan ke bawah yang diturunkan berputar mengikut arah jam (anak panah biru) dari barat laut ke timur laut atau lawan jarum (anak panah merah) dari timur laut ke barat laut. Makmal Lapangan Magnetic, Caltech, CC BY-ND

Di dalam ruang eksperimen kami, kami boleh memindahkan medan magnet secara diam-diam berbanding dengan otak, tetapi tanpa otak telah memulakan sebarang isyarat untuk menggerakkan kepala. Ini dapat dibandingkan dengan keadaan apabila kepala atau batang anda berputar pasif oleh orang lain, atau apabila anda seorang penumpang di dalam kenderaan yang berputar. Walau bagaimanapun, dalam kes ini, badan anda masih akan mendaftar isyarat vestibular mengenai kedudukannya di angkasa, bersama-sama dengan perubahan medan magnet - sebaliknya, rangsangan eksperimen kami hanya satu medan magnet. Apabila kita mengalihkan medan magnet di ruang, para peserta tidak mengalami sebarang perasaan yang jelas.

Data EEG, sebaliknya, mendedahkan bahawa medan magnet medan tertentu boleh mencetuskan tindak balas otak yang kuat dan dapat direproduksi. Satu corak EEG yang diketahui dari penyelidikan yang sedia ada, yang dipanggil alpha-ERD (disinkronisasi berkaitan peristiwa), biasanya muncul apabila seseorang tiba-tiba mengesan dan memproses rangsangan deria. Otak "bimbang" dengan perubahan tak terduga dalam arah medan magnet, dan ini mencetuskan pengurangan gelombang alfa. Bahawa kita melihat pola alpha-ERD tersebut sebagai tindak balas kepada putaran magnet yang mudah adalah bukti kuat untuk magnetoreception manusia.

Video menunjukkan penurunan dramatik, luas amplitud gelombang alfa:

{youtube}6Y4S2eG9BJA{/youtube}
Video menunjukkan penurunan amplitudo gelombang alfa yang dramatik dan meluas (warna biru yang mendalam di kepala paling kiri) berikutan putaran lawan berlawanan. Tiada penurunan dipatuhi selepas putaran arah jam atau dalam keadaan tetap. Connie Wang, Caltech

Otak peserta kami hanya bertindak balas apabila komponen menegak padang menunjuk ke bawah pada kira-kira 60 (sementara berputar mendatar), kerana ia secara semula jadi di sini di Pasadena, California. Mereka tidak bertindak balas terhadap arah luar biasa medan magnet - seperti ketika ia menunjuk ke atas. Kami mencadangkan tindak balas disesuaikan dengan rangsangan semula jadi, mencerminkan mekanisme biologi yang telah dibentuk oleh pemilihan semulajadi.

Para penyelidik lain telah menunjukkan bahawa otak haiwan 'menyaring isyarat magnet, hanya menanggapi mereka yang berkaitan dengan alam sekitar. Ia masuk akal untuk menolak sebarang isyarat magnet yang terlalu jauh dari nilai-nilai semulajadi kerana kemungkinan besar adalah dari anomali magnetik - suatu pencahayaan pencahayaan, atau deposit lodestone di dalam tanah, sebagai contoh. Satu laporan awal mengenai burung menunjukkan bahawa robin berhenti menggunakan medan geomagnetik jika kekuatan lebih daripada sekadar 25 peratus berbeza daripada apa yang mereka digunakan. Mungkin kecenderungan ini mungkin mengapa penyelidik terdahulu mengalami masalah mengenal pasti makna magnet ini - jika mereka cranked up kekuatan medan magnet untuk "membantu" subjek mengesannya, mereka mungkin sebaliknya memastikan bahawa subjek 'otak mengabaikannya.

Selain itu, siri eksperimen kami menunjukkan bahawa mekanisme reseptor - magnetometer biologi dalam manusia - bukan induksi elektrik, dan boleh memberitahu utara dari selatan. Ciri yang terakhir ini mengesahkan sepenuhnya apa yang dipanggil "Kompas kuantum" atau "cryptochrome" mekanisme yang popular pada hari-hari ini dalam kesusasteraan binatang mengenai magnetoreception. Hasil kami konsisten hanya dengan sel magnetoreceptor berfungsi berdasarkan hipotesis magnetit biologi. Perhatikan bahawa sistem berasaskan magnetite boleh juga terangkan semua kesan tingkah laku pada burung yang mempromosikan kebangkitan hipotesis kuantum kuantum.

Otak mendaftar pergeseran magnet, secara sedar

Para peserta kami tidak menyedari perubahan medan magnet dan tanggapan otak mereka. Mereka merasakan tiada apa yang berlaku semasa keseluruhan percubaan - mereka hanya duduk bersendirian dalam keheningan gelap selama satu jam. Walau bagaimanapun, di bawah otak mereka mendedahkan pelbagai perbezaan. Sesetengah otak menunjukkan hampir tiada tindak balas, manakala otak lain mempunyai gelombang alfa yang menyusut kepada separuh saiz normalnya selepas pergeseran medan magnet.

Ia masih dapat dilihat apa reaksi tersembunyi ini mungkin untuk keupayaan tingkah laku manusia. Adakah tanggapan otak yang lemah dan kuat mencerminkan beberapa jenis perbezaan individu dalam keupayaan pelayaran? Bolehkah orang-orang dengan tanggapan otak yang lemah mendapat manfaat daripada beberapa jenis latihan? Bolehkah mereka yang mempunyai respons otak yang kuat dilatih untuk benar-benar merasakan medan magnet?

Tanggapan manusia terhadap medan magnet bumi-kekuatan mungkin kelihatan mengejutkan. Tetapi memandangkan keterangan untuk sensasi magnet di nenek moyang kita, mungkin lebih mengejutkan jika manusia telah kehilangan semua bahagian terakhir sistem. Sejauh ini, kami telah menemui bukti bahawa orang telah bekerja sensor magnet menghantar isyarat ke otak - keupayaan deria yang tidak diketahui sebelum ini dalam minda manusia bawah sedar. Seluruh pusaka magnet kami masih belum dapat ditemui.

Mengenai Pengarang

Shinsuke Shimojo, Profesor Psikologi Eksperimental Gertrude Baltimore, California Institute of Technology; Daw-An Wu, California Institute of Technology, dan Joseph Kirschvink, Nico dan Marilyn Van Wingen Profesor Geobiologi, California Institute of Technology

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.

Buku-buku yang berkaitan

at InnerSelf Market dan Amazon