Geskryf deur Shinsuke Shimojo, et al
Het mense 'n magnetiese sin? Bioloë weet ander diere doen. Hulle dink dit help wesens, insluitend bye, skilpaaie en voëls navigeer deur die wêreld.
Wetenskaplikes het probeer om te ondersoek of mense op die lys van magneties sensitiewe organismes behoort. Vir dekades was daar 'n heen en weer tussen positiewe verslae en mislukkings om te demonstreer die eienskap in mense, met skynbaar eindelose kontroversie.
Die gemengde resultate in mense kan wees as gevolg van die feit dat feitlik alle vorige studies gegrond is op gedragsbesluite van die deelnemers. As mense 'n magnetiese sin besit, dui die daaglikse ervaring daarop dat dit baie swak of diep onderbewustelik sal wees. Sulke dowwe indrukke kan maklik verkeerd geïnterpreteer word - of net gemis word - wanneer jy besluite neem.
Dus ons navorsingsgroep - insluitende a geofisiese bioloog, 'n kognitiewe neurowetenskaplike en 'n neuroengineer - het 'n ander benadering. Wat ons gevind bied waarskynlik die eerste konkrete neurowetenskaplike bewyse dat mense nie 'n geomagnetiese sin het nie.
Hoe werk 'n biologiese geomagnetiese sin?
Die aarde word omring deur 'n magnetiese veld, gegenereer deur die beweging van die planeet se vloeibare kern. Dit is waarom 'n magnetiese kompas noord wys. Op die aarde se oppervlak is hierdie magnetiese veld redelik swak, ongeveer 100 keer swakker as dié van 'n yskasmagneet.
Die lewe op Aarde is blootgestel aan die planeet se immergewone geomagnetiese veld wat wissel in intensiteit en rigting oor die planeetoppervlak. Nasky / Shutterstock.com
Oor die afgelope 50 jaar of so het wetenskaplikes getoon dat honderde organismes in bykans alle takke van die bakteriële, Protist en diere koninkryke het die vermoë om op hierdie geomagnetiese veld op te spoor en te reageer. In sommige diere - soos heuningbye - die geomagnetiese gedragsreaksies is so sterk soos die antwoorde Lig, reuk of aanraking. Bioloë het sterk reaksies in gewerweldes geïdentifiseer wat wissel van vis, amfibieë, reptiele, talle voëls en 'n verskeidenheid soogdiere insluitend walvisse, knaagdiere, vlermuise, koeie en honde - waarvan die laaste opgelei kan word om 'n verborge staafmagneet te vind. In al hierdie gevalle gebruik die diere die geomagnetiese veld as komponente van hul homing en navigasie vermoëns, saam met ander aanwysings soos sig, reuk en gehoor.
Skeptici het vroeë verslae van hierdie reaksies ontslaan, hoofsaaklik omdat daar nie 'n biofisiese meganisme was wat die aarde se swak geomagnetiese veld in sterk neurale seine kon vertaal nie. Hierdie siening is dramaties verander deur die ontdekking dat lewende selle het die die vermoë om bou nanokristalle van die ferromagnetiese minerale magnetiet - basies klein ystermagnete. Biogene kristalle van magnetiet is eers in die tande van een groep mollusks gesien, later in bakterië, en dan in 'n verskeidenheid ander organismes wat wissel van protiste en diere soos insekte, vis en soogdiere, insluitend binne die weefsels van die menslike brein.
Nietemin het wetenskaplikes nie van mening dat mense magneties sensitiewe organismes is nie.
Manipuleer die magnetiese veld
In ons nuwe studie het ons 34-deelnemers gevra om net in ons toetskamer te sit terwyl ons elektriese aktiwiteit in hul brein met elektro-enfalografie (EEG) regstreeks opgespoor het. Ons verander Faraday hok het 'n stel 3-as spoele ingesluit wat ons toelaat om beheerde magnetiese velde van hoë eenvormigheid te skep deur elektriese stroom wat ons deur sy drade hardloop. Aangesien ons in die middelste breedtegrade van die Noordelike Halfrond woon, val die omgewing magnetiese veld in ons laboratorium af na die noorde teen ongeveer 60 grade van horisontale vlakke.
In die normale lewe, wanneer iemand hul kop roteer - sê, knik en af ​​of draai die kop van links na regs - die rigting van die geomagnetiese veld (wat konstant in die ruimte bly) verskuif relatief tot hul skedel. Dit is geen verrassing vir die brein van die vak nie, aangesien dit die spiere gerig het om die kop op die regte manier in die eerste plek te beweeg.
Studie deelnemers het in die eksperimentele kamer in die noorde gesit, terwyl die afwaartse puntende veld met die klokgewys (blou pyl) van noordwes na noordoos of teen kloksgewys (rooi pyl) van noordoos na noordwaarts gedraai het. Magnetiese Veld Laboratorium, Caltech, CC BY-ND
In ons eksperimentele kamer kan ons die magnetiese veld stilweg relatief tot die brein beweeg, maar sonder dat die brein enige sein begin het om die kop te beweeg. Dit is vergelykbaar met situasies wanneer jou kop of romp passief deur iemand anders geroteer word, of as jy 'n passasier is in 'n voertuig wat roteer. In sulke gevalle sal jou liggaam egter vestibulêre seine oor sy posisie in die ruimte registreer, tesame met die veranderinge in die magnetiese veld - in teenstelling was ons eksperimentele stimulasie slegs 'n magnetiese veldskof. Toe ons die magnetiese veld in die kamer verplaas het, het ons deelnemers geen ooglopende gevoelens beleef nie.
Die EEG-data het aan die ander kant bekend gemaak dat sekere magnetiese veldrotasies sterk en reproduceerbare breinreaksies kan veroorsaak. Een EEG-patroon wat bekend is uit bestaande navorsing, genaamd alfa-ERD (gebeurtenisverwante desinchronisasie), verskyn tipies wanneer 'n mens skielik 'n sensoriese stimulus opspoor en verwerk. Die brein was "bekommerd" met die onverwagte verandering in die magnetiese veld rigting, en dit het die alfa-golf reduksie veroorsaak. Dat ons sulke alfa-ERD patrone in reaksie op eenvoudige magnetiese rotasies gesien het, is kragtige bewyse vir menslike magnetoreceptie.
Video toon die dramatiese, wydverspreide daling in alfa-golf amplitude:
Video toon die dramatiese, wydverspreide daling in alfa-golf amplitude (diep blou kleur op die linkerkantste kop) na die kloksgewys rotasies. Geen druppel word waargeneem na kloksgewys rotasie of in die vaste toestand nie. Connie Wang, Caltech
Die brein van ons deelnemers het net gereageer toe die vertikale komponent van die veld afwaarts gedraai het op ongeveer 60 grade (terwyl dit horisontaal draai), soos dit natuurlik hier in Pasadena, Kalifornië gebeur. Hulle het nie gereageer op onnatuurlike rigtings van die magneetveld nie - soos wanneer dit na bo wys. Ons stel voor die reaksie is ingestel op natuurlike stimuli, wat 'n biologiese meganisme weerspieël wat deur natuurlike seleksie gevorm is.
Ander navorsers het getoon dat diere se brein magnetiese seine filter, slegs reageer op diegene wat omgewing-relevant is. Dit is sinvol om 'n magnetiese sein te verwerp wat te ver van die natuurlike waardes af is omdat dit waarskynlik uit 'n magnetiese anomalie bestaan ​​- byvoorbeeld 'n beligtingstaking of 'n steenkooldeposito in die grond. Een vroeë verslag oor voëls het getoon dat robins ophou om die geomagnetiese veld te gebruik as die sterkte meer as ongeveer is 25 persent verskil van waaraan hulle gewoond was. Dit is moontlik hierdie neiging kan wees hoekom vorige navorsers probleme gehad het met die identifisering van hierdie magnetiese sin - as hulle die krag van die magneetveld verruil Om "hulp" -vakke te bevry, kan hulle in plaas daarvan verseker het dat vakke se brein dit geïgnoreer het.
Daarbenewens wys ons reeks eksperimente dat die reseptormeganisme - die biologiese magnetometer by mense - nie elektriese induksie is nie, en dit kan noord van die suide vertel. Laasgenoemde kenmerk reël heeltemal die sogenaamde uit "Kwantum kompas" of "cryptochrome" meganisme wat deesdae gewild is in die diereliteratuur oor magnetoreepsie. Ons resultate is slegs konsekwent met funksionele magnetoreceptor selle gebaseer op die biologiese magnetiet hipotese. Let daarop dat 'n magnetiet-gebaseerde stelsel kan ook verduidelik al die gedragseffekte by voëls wat die opkoms van die kwantum kompas hipotese bevorder het.
Hersiene registreer magnetiese skofte, onbewustelik
Ons deelnemers was almal onbewus van die magnetiese veldskofte en hul breinreaksies. Hulle het gevoel dat niks tydens die hele eksperiment gebeur het nie - hulle het net vir 'n uur in donker stilte gesit. Onder het hul brein egter 'n wye verskeidenheid verskille aan die lig gebring. Sommige brein het byna geen reaksie getoon nie, terwyl ander brein alfa-golwe gehad het wat na 'n magnetiese veldskuif na die helfte van hul normale grootte afgeneem het.
Daar moet nog gesien word wat hierdie verborge reaksies vir menslike gedragsvermoë kan beteken. Weerspieël die swak en sterk breinreaksies 'n soort van individuele verskille in navigasievermoë? Kan diegene met swakker breinreaksies voordeel trek uit een of ander soort opleiding? Kan diegene met sterk breinreaksies opgelei word om die magnetiese veld eintlik te voel?
'N Menslike reaksie op magnetiese velde van die aarde mag dalk verrassend lyk. Maar die getuienis vir magnetiese sensasie in ons diervoorouers, sou dit dalk meer verbasend wees as mense elke laaste stuk van die stelsel heeltemal verloor het. Tot dusver het ons bewyse gevind dat mense magnetiese sensors werk wat seine na die brein stuur - 'n voorheen onbekende sensoriese vermoë in die onderbewuste menslike verstand. Die volle omvang van ons magnetiese erfenis bly ontdek.
Shinsuke Shimojo, Gertrude Baltimore Professor van Eksperimentele Sielkunde, California Institute of Technology; Daw-An Wu,, California Institute of Technology, en Joseph Kirschvink, Nico en Marilyn Van Wingen Professor in Geobiologie, California Institute of Technology