你脑子里有磁罗盘吗?

你脑子里有磁罗盘吗?
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人类有磁感吗? 生物学家知道 其他动物呢。 他们认为它可以帮助生物,包括蜜蜂,海龟和鸟类 浏览世界.

科学家们试图调查人类是否属于磁敏感生物列表。 几十年来,两者之间来回徘徊 积极的报道 未能证明 人的特质,有 看似无穷无尽的争议.

人们的混合结果可能是因为几乎所有过去的研究都依赖于参与者的行为决策。 如果人类确实具有磁感,那么每日经验表明它会非常微弱或深入潜意识。 在尝试做出决定时,这种微弱的印象可能很容易被误解 - 或者只是简单地错过了。

所以我们的研究小组 - 包括一个 地球物理生物学家,以 认知神经科学家neuroengineer - 采取了另一种方法。 我们发现 可以说是第一个具体的神经科学 证据表明人类确实具有地磁感.

生物地磁感觉如何发挥作用?

地球周围是一个磁场,由行星液体核心的运动产生。 这就是磁罗盘指向北方的原因。 在地球表面,这个磁场相当弱, 关于100次数较弱 而不是冰箱磁铁。

地球上的生命暴露在地球上永远存在的地磁场中(你头上有磁罗盘吗?)地球上的生命暴露在地球上永远存在的地磁场中,该地磁场的强度和方向在行星表面上变化。 Nasky / Shutterstock.com

在过去50年左右的时间里,科学家已经证明几乎所有细菌分支中都有数百种生物, 原生生物 和动物王国有能力探测和响应这个地磁场。 在一些动物 - 比如蜜蜂 - 地磁行为反应是 和回应一样强大 轻,气味或触摸。 生物学家已经确定了脊椎动物的强烈反应 , 两栖动物, 爬行动物,众多的鸟类和各种各样的哺乳动物,包括 鲸鱼, 啮齿动物, 蝙蝠, 奶牛 - 最后一个可以训练找到隐藏的条形磁铁。 在所有这些情况下,动物都使用地磁场作为其归巢和导航能力的组成部分,以及视觉,嗅觉和听觉等其他线索。

怀疑论者驳回了这些反应的早期报道,主要是因为似乎没有一种生物物理机制可以将地球的弱地磁场转化为强烈的神经信号。 这种观点被改变了 发现活细胞能够 建立纳米晶体 铁磁 矿物磁铁矿 - 基本上,微小的铁磁铁。 磁铁矿的生物晶体首先出现在一组软体动物的牙齿中,后来在 ,然后是各种其他生物,包括昆虫,鱼类和哺乳动物等原生动物和动物, 包括人脑组织内.


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然而,科学家并未将人类视为对磁敏感的生物。

操纵磁场

在我们的新研究中,我们要求34参与者只是坐在我们的测试室中,同时我们用脑电图(EEG)直接记录他们的大脑中的电活动。 我们修改了 法拉第笼 包括一组3轴线圈,让我们通过电线穿过电流产生高度均匀的受控磁场。 由于我们生活在北半球的中纬度地区,我们实验室的环境磁场从水平方向向下倾斜到大约60度。

在正常生活中,当有人转动头部 - 比如上下点头或从左向右转动头部时 - 地磁场的方向(在空间中保持不变)将相对于头骨移动。 对于受试者的大脑来说,这并不奇怪,因为它首先指导肌肉以适当的方式移动头部。

研究参与者坐在面向北方的实验室中(你头上有磁罗盘吗?)研究参与者坐在面向北方的实验室中,而向下指向的场从西北向东北顺时针(蓝色箭头)或从东北向西北逆时针(红色箭头)旋转。 加州理工学院磁场实验室, CC BY-ND

在我们的实验室中,我们可以相对于大脑静音地移动磁场,但是没有大脑发出任何信号来移动头部。 这可以与您的头部或行李箱被其他人被动旋转的情况相比,或者当您是旋转车辆的乘客时。 然而,在这些情况下,你的身体仍将记录其在太空中的位置的前庭信号,以及磁场变化 - 相反,我们的实验刺激只是磁场移位。 当我们移动腔室中的磁场时,我们的参与者没有经历任何明显的感受。

另一方面,EEG数据显示某些磁场旋转可能引发强烈且可重复的大脑反应。 现有研究中已知的一种EEG模式,称为α-ERD(事件相关的去同步),通常出现在人突然检测并处理感觉刺激时。 大脑“关注”磁场方向的意外变化,这引发了α波减少。 我们看到这种响应简单磁旋转的α-ERD模式是人体磁感应的有力证据。

视频显示了α波振幅的急剧下降:


视频显示逆时针旋转后α波幅度(最左侧头部的深蓝色)的戏剧性,广泛下降。 顺时针旋转后或在固定状态下没有观察到下降。 Connie Wang,加州理工学院

我们的参与者的大脑只在场地的垂直分量向下指向大约60度(水平旋转时)时才响应,就像它在加利福尼亚州帕萨迪纳自然地一样。 它们没有对磁场的不自然方向做出反应 - 例如当它向上指向时。 我们建议将反应调整为自然刺激,反映出通过自然选择塑造的生物机制。

其他研究人员已经证明,动物的大脑过滤磁信号,只响应那些与环境相关的信号。 拒绝任何离自然值太远的磁信号是有意义的,因为它很可能来自磁异常 - 例如,照明打击或地面中的磁石沉积物。 一篇关于鸟类的早期报告显示,如果力量大于约,知更鸟就会停止使用地磁场 25百分比与他们习惯的不同。 这种趋势可能就是为什么以前的研究人员难以识别这种磁感 - 如果他们这样做的话 提高了磁场的强度 为了“帮助”受试者检测它,他们可能会确保受试者的大脑忽略它。

此外,我们的一系列实验表明,受体机制 - 人体中的生物磁力计 - 不是电感应,而是可以从南方告诉北方。 后一个特征完全排除了所谓的 “量子罗盘”或“密码” 目前在磁感受动物文献中很流行的机制。 我们的结果仅与基于β的功能性磁感受器细胞一致 生物磁铁矿假说。 请注意,基于磁铁矿的系统 也可以解释一下 鸟类的所有行为影响 这促进了量子罗盘假说的兴起。

脑下潜意识地记录磁性变化

我们的参与者都没有意识到磁场的变化和他们的大脑反应。 他们觉得在整个实验中没有发生任何事情 - 他们只是在黑暗的沉默中独自坐了一个小时。 然而,在他们的脑下,他们的大脑显示出广泛的差异。 有些大脑显示几乎没有反应,而其他大脑的α波在磁场移位后缩小到正常大小的一半。

这些隐藏的反应对人类行为能力意味着什么还有待观察。 弱强大的大脑反应是否反映了导航能力的某些个体差异? 那些脑反应较弱的人可以从某种训练中受益吗? 具有强烈大脑反应的人是否可以接受训练以真正感受到磁场?

人类对地球强度磁场的反应似乎令人惊讶。 但鉴于我们动物祖先的磁感觉证据,如果人类完全失去了系统的最后一块,那可能会更令人惊讶。 到目前为止,我们已经发现有证据表明人们有工作磁传感器向大脑发送信号 - 这是潜意识人类心灵中以前未知的感知能力。 我们的磁性继承的全部范围仍有待发现。谈话

作者简介

Shinsuke Shimojo,Gertrude Baltimore实验心理学教授, 美国加州理工学院; Daw-An Wu ,, 美国加州理工学院和Joseph Kirschvink,Nico和Marilyn Van Wingen地球生物学教授, 美国加州理工学院

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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