Nye bevis tyder på, at mennesker har en magnetisk sans, der lader vores hjerner registrere og reagere på Jordens magnetfelt.
Billede via Lightspring / Shutterstock.com.
Af Shinsuke Shimojo, Californien Institut for Teknologi; Daw-An Wu, Californien Teknologisk Institut, og Joseph Kirschvink, Californien Teknologisk Institut
Har mennesker en magnetisk sans? Biologer ved, at andre dyr gør. De tror, det hjælper skabninger, herunder bier, skildpadder og fugle med at navigere gennem verden.
Forskere har forsøgt at undersøge, om mennesker hører hjemme på listen over magnetisk følsomme organismer. I årtier har der været en frem og tilbage mellem positive rapporter og manglende evne til at demonstrere træk hos mennesker med tilsyneladende uendelige kontroverser.
De blandede resultater hos mennesker kan skyldes det faktum, at stort set alle tidligere undersøgelser var afhængige af adfærdsbeslutninger fra deltagerne. Hvis mennesker har en magnetisk sans, antyder daglige erfaringer, at det ville være meget svagt eller dybt underbevidst. Sådanne svage indtryk kunne let fortolkes - eller bare glip af - når man prøver at tage beslutninger.
Så vores forskningsgruppe - inklusive en geofysisk biolog, en kognitiv neurovidenskabsmand og en neuroingeniør - tog en anden tilgang. Det, vi konstaterede, giver muligvis det første konkrete neurovidenskabelige bevis for, at mennesker har en geomagnetisk sans.
Livet på jorden udsættes for planetens stadigt nærværende geomagnetiske felt, der varierer i intensitet og retning over planetoverfladen. Billede via Nasky / Shutterstock.com.
Hvordan fungerer en biologisk geomagnetisk sans?
Jorden er omgivet af et magnetfelt, genereret af bevægelsen af planetens flydende kerne. Det er derfor, et magnetkompas peger mod nord. På jordens overflade er dette magnetiske felt temmelig svagt, ca. 100 gange svagere end køleskabsmagneten.
I løbet af de sidste 50 år har forskerne vist, at hundreder af organismer i næsten alle grene af bakterie-, protist- og dyreriget har evnen til at opdage og reagere på dette geomagnetiske felt. I nogle dyr - som honningbier - er de geomagnetiske adfærdsmæssige reaktioner lige så stærke som reaktionerne på lys, lugt eller berøring. Biologer har identificeret stærke reaktioner i hvirveldyr, der spænder fra fisk, amfibier, krybdyr, adskillige fugle og en bred vifte af pattedyr, herunder hvaler, gnavere, flagermus, køer og hunde - hvoraf den sidste kan trænes til at finde en skjult barmagnet. I alle disse tilfælde bruger dyrene det geomagnetiske felt som bestanddele af deres evne til at hjemme og navigere sammen med andre signaler som syn, lugt og hørelse.
Skeptikere afviste tidlige rapporter om disse svar, stort set fordi der ikke så ud til at være en biofysisk mekanisme, der kunne oversætte Jordens svage geomagnetiske felt til stærke neurale signaler. Denne opfattelse blev dramatisk ændret ved opdagelsen af, at levende celler har evnen til at opbygge nanokrystaller af den ferromagnetiske mineralmagnetit - dybest set, små jernmagneter. Biogene krystaller af magnetit blev først set i tænderne i en gruppe bløddyr, senere i bakterier, og derefter i en række andre organismer, der spænder fra protister og dyr, såsom insekter, fisk og pattedyr, inklusive i væv fra den menneskelige hjerne.
Kæder med magnetosomer fra en sockeye laks. Billede via Mann, Sparks, Walker & Kirschvink, 1988.
Ikke desto mindre har forskere ikke betragtet mennesker som magnetisk følsomme organismer.
Manipulering af magnetfeltet
I vores nye undersøgelse bad vi 34 deltagere blot om at sidde i vores testkammer, mens vi direkte registrerede elektrisk aktivitet i deres hjerner med elektroencefalografi (EEG). Vores modificerede Faraday bur inkluderede et sæt 3-aksede spoler, der lader os skabe kontrollerede magnetiske felter med høj ensartethed via elektrisk strøm, vi løb gennem dets ledninger. Da vi bor i midterste breddegrader på den nordlige halvkugle, dypper det miljømagnetiske felt i vores laboratorium nedad mod nord ca. 60 grader fra vandret.
Skematisk tegning af det humane magnetoreception testkammer ved Caltech. Billedet er ændret fra 'Center of attraktion' af C. Bickel (Hand, 2016).
I det normale liv, når nogen roterer hovedet - sige ved at nikke op og ned eller dreje hovedet fra venstre mod højre - vil retningen på det geomagnetiske felt (som forbliver konstant i rummet) skifte i forhold til deres kranium. Dette er ingen overraskelse for individets hjerne, da det førte musklerne til at bevæge hovedet på passende måde i første omgang.
Undersøgelsesdeltagere sad i forsøgskammeret mod nord, mens det nedadrettede felt roterede med uret (blå pil) fra nordvest til nordøst eller mod uret (rød pil) fra nordøst til nordvest. Billede via Magnetic Field Laboratory, Caltech.
I vores eksperimentelle kammer kan vi bevæge magnetfeltet lydløst i forhold til hjernen, men uden at hjernen har indledt noget signal til at bevæge hovedet. Dette kan sammenlignes med situationer, hvor dit hoved eller bagagerum passivt roteres af en anden, eller når du er en passager i et køretøj, der roterer. I disse tilfælde vil din krop dog registrere vestibulære signaler om dens placering i rummet sammen med magnetfeltændringerne - i modsætning hertil var vores eksperimentelle stimulering kun et magnetfeltskift. Da vi flyttede magnetfeltet i kammeret, oplevede vores deltagere ingen åbenlyse følelser.
På den anden side afslørede EEG-dataene, at visse magnetfeltrotationer kunne udløse stærke og reproducerbare hjernesvar. Et EEG-mønster kendt fra eksisterende forskning, kaldet alpha-ERD (hændelsesrelateret desynkronisering), vises typisk, når en person pludselig opdager og behandler en sensorisk stimulus. Hjernerne var "bekymrede" over den uventede ændring i magnetfeltretningen, og dette udløste alfabølgereduktion. At vi så sådanne alfa-ERD-mønstre som svar på enkle magnetiske rotationer, er kraftfulde bevis for menneskelig magnetoreception.
Video viser det dramatiske, udbredte fald i alfa-bølgeamplitude (dybblå farve på hovedet til venstre) efter rotation mod uret. Der observeres intet dråbe efter rotation med uret eller i fast tilstand. Video via Connie Wang, Caltech.
Vores deltagers hjerner svarede kun, når den lodrette komponent af marken pegede nedad omkring 60 grader (mens den vandret roterede), som det gør naturligt her i Pasadena, Californien. De reagerede ikke på unaturlige retninger af magnetfeltet - som når det pegede opad. Vi foreslår, at responsen er afstemt på naturlige stimuli, hvilket afspejler en biologisk mekanisme, der er formet af naturlig selektion.
Andre forskere har vist, at dyrs 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 mest sandsynligt er fra en magnetisk afvigelse - for eksempel et lysangreb eller en deponering 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, hvad de var vant til. Det er muligt, at denne tendens kan være grunden til, at tidligere forskere havde problemer med at identificere denne magnetiske sans - hvis de skruede op magnetfeltets styrke for at ”hjælpe” forsøgspersoner med at opdage den, kunne de i stedet have sikret, at individers hjerner ignoreredes.
Desuden viser vores række af eksperimenter, at receptormekanismen - det biologiske magnetometer i mennesker - ikke er elektrisk induktion og kan fortælle nord fra syd. Denne sidstnævnte funktion udelukker fuldstændigt den såkaldte "kvantekompas" eller "kryptokrom" -mekanisme, der er populær i disse dage i dyrehitteraturen om magnetoreception. Vores resultater er kun konsistente med funktionelle magnetoreceptorceller baseret på den biologiske magnetit-hypotese. Bemærk, at et magnetitbaseret system også kan forklare alle de adfærdsmæssige virkninger hos fugle, der fremmede stigningen i kvantekompasthypotesen.
Hjerner registrerer magnetiske forskydninger ubevidst
Vores deltagere var ikke opmærksomme på magnetfeltskift og deres hjernesvar. De følte, at der ikke var sket noget under hele eksperimentet - de sad bare alene i mørk stilhed i en time. Nedenunder afslørede deres hjerner imidlertid en lang række forskelle. Nogle hjerner viste næsten ingen reaktion, mens andre hjerner havde alfa-bølger, der krympet til halvdelen af deres normale størrelse efter et magnetfeltskift.
Det skal stadig ses, hvad disse skjulte reaktioner kan betyde for menneskelig adfærdsevne. Reflekterer de svage og stærke hjerneresponser en slags individuelle forskelle i navigationsevne? Kan personer med svagere hjernesvar drage fordel af en slags træning? Kan de med stærke hjerneresponser trænes til faktisk at føle magnetfeltet?
En menneskelig reaktion på magnetiske felt med jordstyrke kan virke overraskende. Men i betragtning af beviset for magnetisk fornemmelse hos vores dyre forfædre, kan det være mere overraskende, hvis mennesker helt tabte hvert sidste stykke af systemet. Indtil videre har vi fundet bevis for, at folk har magnetiske sensorer, der arbejder med signaler til hjernen - en tidligere ukendt sensorisk evne i det underbevidste menneskelige sind. Det fulde omfang af vores magnetiske arv gjenstår at opdage.
Shinsuke Shimojo, Gertrude Baltimore Professor i eksperimentel psykologi, Californiens teknologiske institut; Daw-An Wu, Californien Teknologisk Institut, og Joseph Kirschvink, Nico og Marilyn Van Wingen Professor i Geobiologi, Californien Teknologiske Institut
Denne artikel er genudgivet fra Samtalen under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.
Nederste linje: Ny forskning antyder, at mennesker - som mange andre dyr - har en magnetisk sans, der lader os registrere og reagere på Jordens magnetfelt.
