Lightspring / Shutterstock.com

Есть ли у людей магнитное чувство? Биологи знают другие животные делают, Они думают, что это помогает существам, включая пчел, черепах и птиц перемещаться по миру.

Ученые пытались выяснить, входят ли люди в список магниточувствительных организмов. В течение десятилетий между положительные отзывы и неудачи, чтобы продемонстрировать черта в людях, с казалось бы, бесконечные споры.

Смешанные результаты у людей могут быть связаны с тем, что практически все прошлые исследования основывались на поведенческих решениях участников. Если люди обладают магнитным чувством, ежедневный опыт подсказывает, что он будет очень слабым или глубоко подсознательным. Такие слабые впечатления легко могут быть неверно истолкованы - или просто пропущены - при попытке принять решение.

Так что наша исследовательская группа - в том числе геофизический биолог, чтобы когнитивный нейробиолог и еще один neuroengineer - взял другой подход. То, что мы нашли возможно, дает первый конкретный нейробиологический доказательства того, что люди имеют геомагнитное чувство.

Как работает биологический геомагнитный смысл?

Земля окружена магнитным полем, генерируемым движением жидкого ядра планеты. Вот почему магнитный компас указывает на север. На поверхности Земли это магнитное поле довольно слабое, примерно в 100 раз слабее чем магнит на холодильник.

Жизнь на Земле подвергается воздействию постоянного геомагнитного поля планеты, которое изменяется по интенсивности и направлению на поверхности планеты. Nasky / Shutterstock.com

За последние 50 годы ученые показали, что сотни организмов почти во всех ветвях бактерий, протисты и царства животных обладают способностью обнаруживать и реагировать на это геомагнитное поле. У некоторых животных - такие как медоносные пчелы - геомагнитные поведенческие реакции так же сильно, как ответы свет, запах или прикосновение. Биологи выявили сильные реакции у позвоночных, начиная от рыба, амфибии, рептилии, многочисленные птицы и разнообразные млекопитающие, включая китов, грызунов, летучие мыши, коров и Собаки - последний из которых можно научить находить скрытый стержневой магнит. Во всех этих случаях животные используют геомагнитное поле в качестве компонентов своих способностей поиска и навигации, а также других сигналов, таких как зрение, обоняние и слух.

Скептики отклонили ранние сообщения об этих реакциях, в основном потому, что, похоже, не было биофизического механизма, который мог бы преобразовать слабое геомагнитное поле Земли в сильные нейронные сигналы. Эта точка зрения была резко изменена открытие, что живые клетки есть способность к построить нанокристаллы ферромагнитный минеральный магнетит - в основном, крошечные железные магниты. Биогенные кристаллы магнетита были впервые обнаружены в зубах одной группы моллюсков, позже в бактериии затем во множестве других организмов, начиная от простейших и животных, таких как насекомые, рыбы и млекопитающие, в том числе в тканях человеческого мозга.

Тем не менее, ученые не считают людей чувствительными к магнитам организмами.

Манипулирование магнитным полем

В нашем новом исследовании мы попросили участников 34 просто сидеть в нашей испытательной камере, в то время как мы непосредственно регистрировали электрическую активность в их мозге с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Наш модифицированный Фарадейская клетка включает набор катушек оси 3, которые позволяют нам создавать контролируемые магнитные поля высокой однородности с помощью электрического тока, который мы пропускали через его провода. Поскольку мы живем в средних широтах северного полушария, магнитное поле окружающей среды в нашей лаборатории опускается вниз на север примерно на 60 градусов от горизонтали.

В обычной жизни, когда кто-то поворачивает голову - скажем, кивает вверх и вниз или поворачивает голову слева направо - направление геомагнитного поля (которое остается постоянным в пространстве) будет смещаться относительно его черепа. Это не удивительно для мозга субъекта, так как он направил мускулы, чтобы двигать головой соответствующим образом в первую очередь.

Участники исследования сидели в экспериментальной камере, обращенной к северу, а поле, направленное вниз, вращалось по часовой стрелке (синяя стрелка) с северо-запада на северо-восток или против часовой стрелки (красная стрелка) с северо-востока на северо-запад. Лаборатория магнитного поля, Калтех, CC BY-ND

В нашей экспериментальной камере мы можем тихо перемещать магнитное поле относительно мозга, но без того, чтобы мозг инициировал какой-либо сигнал для перемещения головы. Это сопоставимо с ситуациями, когда ваша голова или туловище пассивно вращается кем-то другим, или когда вы являетесь пассажиром в автомобиле, который вращается. В этих случаях, однако, ваше тело будет по-прежнему регистрировать вестибулярные сигналы о его положении в пространстве вместе с изменениями магнитного поля - напротив, наша экспериментальная стимуляция была только сдвигом магнитного поля. Когда мы сместили магнитное поле в камере, у наших участников не было никаких явных ощущений.

Данные ЭЭГ, с другой стороны, показали, что некоторые вращения магнитного поля могут вызывать сильные и воспроизводимые реакции мозга. Одна модель ЭЭГ, известная из существующих исследований, называется альфа-ERD (десинхронизация, связанная с событиями), обычно обнаруживается, когда человек внезапно обнаруживает и обрабатывает сенсорный стимул. Мозг был «обеспокоен» неожиданным изменением направления магнитного поля, и это вызвало уменьшение альфа-волны. То, что мы видели такие альфа-ERD паттерны в ответ на простые магнитные вращения, является убедительным доказательством магниторецепции человека.

Видео показывает резкое, широко распространенное падение амплитуды альфа-волны:

{youtube}6Y4S2eG9BJA{/youtube}
Видео показывает резкое, широко распространенное падение амплитуды альфа-волны (темно-синий цвет на самой левой голове) после поворота против часовой стрелки. Никакого падения не наблюдается после вращения по часовой стрелке или в фиксированном состоянии. Конни Ван, Калтех

Мозги наших участников реагировали только тогда, когда вертикальный компонент поля был направлен вниз примерно на градус 60 (при горизонтальном вращении), как это, естественно, происходит здесь, в Пасадене, штат Калифорния. Они не реагировали на неестественные направления магнитного поля - например, когда оно направлено вверх. Мы предполагаем, что ответ настроен на естественные стимулы, отражая биологический механизм, который был сформирован естественным отбором.

Другие исследователи показали, что мозг животных фильтрует магнитные сигналы, реагируя только на те, которые имеют отношение к окружающей среде. Имеет смысл отклонить любой магнитный сигнал, который находится слишком далеко от естественных значений, потому что он, скорее всего, исходит от магнитной аномалии - например, от удара молнии или отложения в земле. Одно раннее сообщение о птицах показало, что малиновки прекращают использовать геомагнитное поле, если их сила превышает Процент 25 отличается от того, к чему они привыкли, Вполне возможно, что из-за этой тенденции у предыдущих исследователей возникли проблемы с определением этого магнитного чувства - если они провернул силу магнитного поля чтобы «помочь» субъектам обнаружить это, они могли бы вместо этого обеспечить, чтобы мозг субъекта игнорировал это.

Более того, наша серия экспериментов показывает, что рецепторный механизм - биологический магнитометр у людей - не является электрической индукцией и может отличать север от юга. Эта последняя особенность полностью исключает так называемые «Квантовый компас» или «криптохром» Механизм, популярный в наши дни в литературе о животных по магниторецепции. Наши результаты согласуются только с функциональными магниторецепторными клетками на основе гипотеза биологического магнетита, Обратите внимание, что система на основе магнетита также могу объяснить все поведенческие эффекты у птиц это способствовало росту гипотезы квантового компаса.

Мозги регистрируют магнитные сдвиги, подсознательно

Все наши участники не знали о сдвигах магнитного поля и реакции мозга. Они чувствовали, что ничего не произошло в течение всего эксперимента - они просто сидели одни в темной тишине в течение часа. Впрочем, под их мозгом обнаружен широкий спектр различий. Некоторые мозги практически не реагировали, в то время как в других мозгах возникали альфа-волны, которые после сдвига магнитного поля сократились вдвое по сравнению с нормальным размером.

Еще неизвестно, что эти скрытые реакции могут означать для поведенческих способностей человека. Отражают ли слабые и сильные реакции мозга какие-то индивидуальные различия в навигационных способностях? Могут ли те, у кого слабые мозговые реакции, получить какую-то подготовку? Можно ли научить тех, у кого сильные реакции мозга, на самом деле чувствовать магнитное поле?

Реакция человека на магнитные поля силы Земли может показаться удивительной. Но, учитывая доказательства магнитных ощущений у наших животных предков, было бы более удивительно, если бы люди полностью потеряли каждый последний элемент системы. До сих пор мы нашли доказательства того, что у людей работают магнитные датчики, посылающие сигналы в мозг - ранее неизвестная сенсорная способность в подсознании человека. Полная степень нашего магнитного наследования еще предстоит выяснить.

Об авторах

Shinsuke Shimojo, Гертруда Балтимор, профессор экспериментальной психологии, Калифорнийский технологический институт; Доу-Ан Ву, Калифорнийский технологический институти Джозеф Киршвинк, профессор геобиологии Нико и Мэрилин Ван Винген, Калифорнийский технологический институт

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon