你腦子裡有磁羅盤嗎?

你腦子裡有磁羅盤嗎?
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人類有磁感嗎? 生物學家知道 其他動物呢。 他們認為它可以幫助生物,包括蜜蜂,海龜和鳥類 瀏覽世界.

科學家們試圖調查人類是否屬於磁敏感生物列表。 幾十年來,兩者之間來回徘徊 積極的報導 - 未能證明 人的特質,有 看似無窮無盡的爭議.

人們的混合結果可能是因為幾乎所有過去的研究都依賴於參與者的行為決策。 如果人類確實具有磁感,那麼每日經驗表明它會非常微弱或深入潛意識。 在嘗試做出決定時,這種微弱的印象可能很容易被誤解 - 或者只是簡單地錯過了。

所以我們的研究小組 - 包括一個 地球物理生物學家, 一個 認知神經科學家neuroengineer - 採取了另一種方法。 我們發現 可以說是第一個具體的神經科學 證據表明人類確實具有地磁感.

生物地磁感覺如何發揮作用?

地球周圍是一個磁場,由行星液體核心的運動產生。 這就是磁羅盤指向北方的原因。 在地球表面,這個磁場相當弱, 關於100次數較弱 而不是冰箱磁鐵。

地球上的生命暴露在地球上永遠存在的地磁場中(你頭上有磁羅盤嗎?)地球上的生命暴露在地球上永遠存在的地磁場中,該地磁場的強度和方向在行星表面上變化。 Nasky / Shutterstock.com

在過去50年左右的時間裡,科學家已經證明幾乎所有細菌分支中都有數百種生物, 原生生物 和動物王國有能力探測和響應這個地磁場。 在一些動物 - 比如蜜蜂 - 地磁行為反應是 和回應一樣強大 輕,氣味或觸摸。 生物學家已經確定了脊椎動物的強烈反應 , 兩棲動物, 爬行動物,眾多的鳥類和各種各樣的哺乳動物,包括 鯨魚, 囓齒動物, 蝙蝠, 奶牛 - - 最後一個可以訓練找到隱藏的條形磁鐵。 在所有這些情況下,動物都使用地磁場作為其歸巢和導航能力的組成部分,以及視覺,嗅覺和聽覺等其他線索。

懷疑論者駁回了這些反應的早期報導,主要是因為似乎沒有一種生物物理機制可以將地球的弱地磁場轉化為強烈的神經信號。 這種觀點被改變了 發現活細胞能夠 建立納米晶體 鐵磁 礦物磁鐵礦 - 基本上,微小的鐵磁鐵。 磁鐵礦的生物晶體首先出現在一組軟體動物的牙齒中,後來在 ,然後是各種其他生物,包括昆蟲,魚類和哺乳動物等原生動物和動物, 包括人腦組織內.

然而,科學家並未將人類視為對磁敏感的生物。

操縱磁場

在我們的新研究中,我們要求34參與者只是坐在我們的測試室中,同時我們用腦電圖(EEG)直接記錄他們的大腦中的電活動。 我們修改了 法拉第籠 包括一組3軸線圈,讓我們通過電線穿過電流產生高度均勻的受控磁場。 由於我們生活在北半球的中緯度地區,我們實驗室的環境磁場從水平方向向下傾斜到大約60度。

在正常生活中,當有人轉動頭部 - 比如上下點頭或從左向右轉動頭部時 - 地磁場的方向(在空間中保持不變)將相對於頭骨移動。 對於受試者的大腦來說,這並不奇怪,因為它首先指導肌肉以適當的方式移動頭部。

研究參與者坐在面向北方的實驗室中(你頭上有磁羅盤嗎?)研究參與者坐在面向北方的實驗室中,而向下指向的場從西北向東北順時針(藍色箭頭)或從東北向西北逆時針(紅色箭頭)旋轉。 加州理工學院磁場實驗室, CC BY-ND

在我們的實驗室中,我們可以相對於大腦靜音地移動磁場,但是沒有大腦發出任何信號來移動頭部。 這可以與您的頭部或行李箱被其他人被動旋轉的情況相比,或者當您是旋轉車輛的乘客時。 然而,在這些情況下,你的身體仍將記錄其在太空中的位置的前庭信號,以及磁場變化 - 相反,我們的實驗刺激只是磁場移位。 當我們移動腔室中的磁場時,我們的參與者沒有經歷任何明顯的感受。

另一方面,EEG數據顯示某些磁場旋轉可能引發強烈且可重複的大腦反應。 現有研究中已知的一種EEG模式,稱為α-ERD(事件相關的去同步),通常出現在人突然檢測並處理感覺刺激時。 大腦“關注”磁場方向的意外變化,這引發了α波減少。 我們看到這種響應簡單磁旋轉的α-ERD模式是人體磁感應的有力證據。

視頻顯示了α波振幅的急劇下降:


視頻顯示逆時針旋轉後α波幅度(最左側頭部的深藍色)的戲劇性,廣泛下降。 順時針旋轉後或在固定狀態下沒有觀察到下降。 Connie Wang,加州理工學院

我們的參與者的大腦只在場地的垂直分量向下指向大約60度(水平旋轉時)時才響應,就像它在加利福尼亞州帕薩迪納自然地一樣。 它們沒有對磁場的不自然方向做出反應 - 例如當它向上指向時。 我們建議將反應調整為自然刺激,反映出通過自然選擇塑造的生物機制。

其他研究人員已經證明,動物的大腦過濾磁信號,只響應那些與環境相關的信號。 拒絕任何離自然值太遠的磁信號是有意義的,因為它很可能來自磁異常 - 例如,照明打擊或地面中的磁石沉積物。 一篇關於鳥類的早期報告顯示,如果力量大於約,知更鳥就會停止使用地磁場 25百分比與他們習慣的不同。 這種趨勢可能就是為什麼以前的研究人員難以識別這種磁感 - 如果他們這樣做的話 提高了磁場的強度 為了“幫助”受試者檢測它,他們可能會確保受試者的大腦忽略它。

此外,我們的一系列實驗表明,受體機制 - 人體中的生物磁力計 - 不是電感應,而是可以從南方告訴北方。 後一個特徵完全排除了所謂的 “量子羅盤”或“密碼” 目前在磁感受動物文獻中很流行的機制。 我們的結果僅與基於β的功能性磁感受器細胞一致 生物磁鐵礦假說。 請注意,基於磁鐵礦的系統 也可以解釋一下 鳥類的所有行為影響 這促進了量子羅盤假說的興起。

腦下潛意識地記錄磁性變化

我們的參與者都沒有意識到磁場的變化和他們的大腦反應。 他們覺得在整個實驗中沒有發生任何事情 - 他們只是在黑暗的沉默中獨自坐了一個小時。 然而,在他們的腦下,他們的大腦顯示出廣泛的差異。 有些大腦顯示幾乎沒有反應,而其他大腦的α波在磁場移位後縮小到正常大小的一半。

這些隱藏的反應對人類行為能力意味著什麼還有待觀察。 弱強大的大腦反應是否反映了導航能力的某些個體差異? 那些腦反應較弱的人可以從某種訓練中受益嗎? 具有強烈大腦反應的人是否可以接受訓練以真正感受到磁場?

人類對地球強度磁場的反應似乎令人驚訝。 但鑑於我們動物祖先的磁感覺證據,如果人類完全失去了系統的最後一塊,那可能會更令人驚訝。 到目前為止,我們已經發現有證據表明人們有工作磁傳感器向大腦發送信號 - 這是潛意識人類心靈中以前未知的感知能力。 我們的磁性繼承的全部範圍仍有待發現。談話

關於作者

Shinsuke Shimojo,Gertrude Baltimore實驗心理學教授, 加州理工學院; Daw-An Wu ,, 加州理工學院和Joseph Kirschvink,Nico和Marilyn Van Wingen地球生物學教授, 加州理工學院

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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