Lightspring / Shutterstock.com

Чи є у людей магнітне відчуття? Біологи знають інші тварини це роблять. Вони вважають, що це допомагає істотам, включаючи бджіл, черепах та птахів орієнтуватися у світі.

Вчені спробували дослідити, чи належать люди до списку магнітно чутливих організмів. Протягом десятиліть між нами існували взаємні зміни позитивні звіти та невдачі у демонстрації риса в людях, с здавалося б, нескінченні суперечки.

Різноманітні результати у людей можуть бути пов’язані з тим, що практично всі минулі дослідження спирались на поведінкові рішення учасників. Якщо люди мають магнітне відчуття, щоденний досвід свідчить про те, що він був би дуже слабким або глибоко підсвідомим. Такі слабкі враження можуть бути легко витлумачені - або просто пропущені - при спробі прийняти рішення.

Тож наша дослідницька група - включаючи a геофізичний біолог, то когнітивний невролог і нейроінженер - застосував інший підхід. Що ми знайшли можливо, наводиться перший конкретний нейронауковий докази того, що люди мають геомагнітне почуття.

Як працює біологічний геомагнітний сенс?

Земля оточена магнітним полем, яке утворюється внаслідок руху рідкого ядра планети. Ось чому магнітний компас вказує на північ. На поверхні Землі це магнітне поле досить слабке, приблизно в 100 разів слабший ніж магніт на холодильник.

Життя на Землі зазнає постійно присутнього на планеті геомагнітного поля, яке змінюється за інтенсивністю та напрямком на поверхні планети. Nasky / Shutterstock.com

Протягом останніх 50 років або близько того вчені довели, що сотні організмів майже у всіх гілках бактерії, протіст і царства тварин мають здатність виявляти і реагувати на це геомагнітне поле. У деяких тварин - наприклад, медоносні бджоли - геомагнітні поведінкові реакції є настільки ж сильні, як і відповіді до світла, запаху або дотику. Біологи виявили сильні реакції у хребетних, починаючи від риба, амфібії, рептилії, численні птахи та різноманітні ссавці, в тому числі китів, гризунів, кажани, корів та Собаки - останнього з яких можна навчити знаходити прихований барний магніт. У всіх цих випадках тварини використовують геомагнітне поле як компоненти своїх навичок самонаведення та навігації, а також інші ознаки, такі як зір, нюх та слух.

Скептики відхиляли ранні повідомлення про ці відповіді, здебільшого тому, що, здається, не було біофізичного механізму, який міг би перетворити слабке геомагнітне поле Землі на сильні нейронні сигнали. Цей погляд кардинально змінив відкриття, що живі клітини є здатність будувати нанокристали феромагнітний мінеральний магнетит - в основному, крихітні залізні магніти. Біогенні кристали магнетиту вперше були виявлені в зубах однієї групи молюсків, пізніше в бактерії, а потім у багатьох інших організмах, починаючи від протистів та тварин, таких як комахи, риби та ссавці, в тому числі в тканинах мозку людини.

Тим не менше, вчені не вважали людей магнітно чутливими організмами.

Маніпулювання магнітним полем

У нашому новому дослідженні ми попросили 34 учасників просто сісти в нашу тестову камеру, поки ми безпосередньо реєстрували електричну активність у їх мозку за допомогою електроенцефалографії (ЕЕГ). Наші модифіковані Клітка Фарадея включав набір 3-осьових котушок, які дозволяють нам створювати керовані магнітні поля високої однорідності через електричний струм, який ми пропускали через його дроти. Оскільки ми живемо в середніх широтах Північної півкулі, магнітне поле навколишнього середовища в нашій лабораторії опускається вниз на північ приблизно на 60 градусів від горизонталі.

У звичайному житті, коли хтось обертає головою - скажімо, киваючи вгору-вниз або повертаючи голову зліва направо - напрямок геомагнітного поля (яке залишається незмінним у просторі) зміститься відносно їх черепа. Це не дивно для мозку суб’єкта, оскільки він спочатку спрямовував м’язи рухати головою відповідним чином.

Учасники дослідження сиділи в експериментальній камері на північ, тоді як спрямоване вниз поле оберталося за годинниковою стрілкою (синя стрілка) з північного заходу на північний схід або проти годинникової стрілки (червона стрілка) з північного сходу на північний захід. Лабораторія магнітного поля, Caltech, CC BY-ND

У нашій експериментальній камері ми можемо безшумно рухати магнітне поле відносно мозку, але без того, щоб мозок ініціював будь-який сигнал для переміщення голови. Це можна порівняти з ситуаціями, коли ваша голова або тулуб пасивно обертається кимось іншим, або коли ви пасажир у транспортному засобі, який обертається. Однак у цих випадках ваше тіло все одно реєструватиме вестибулярні сигнали про своє положення в просторі, разом із змінами магнітного поля - на відміну від нашого експериментального стимулювання було лише зміщенням магнітного поля. Коли ми переміщували магнітне поле в камері, наші учасники не відчували явних відчуттів.

Дані ЕЕГ, з іншого боку, показали, що певні обертання магнітного поля можуть викликати сильні та відтворювані реакції мозку. Один зразок ЕЕГ, відомий з існуючих досліджень, званий альфа-ERD (пов'язана з подіями десинхронізація), як правило, виявляється, коли людина раптово виявляє і обробляє сенсорний стимул. Мозок був "стурбований" несподіваною зміною напрямку магнітного поля, і це спричинило зменшення альфа-хвилі. Те, що ми бачили такі закономірності альфа-ERD у відповідь на прості магнітні обертання, є потужним доказом магніторецепції людини.

Відео демонструє різке, широко поширене падіння амплітуди альфа-хвилі:

{youtube}6Y4S2eG9BJA{/youtube}
Відео демонструє різке, широко розповсюджене падіння амплітуди альфа-хвилі (насичений колір на крайній лівій голові) після обертання проти годинникової стрілки. Після обертання за годинниковою стрілкою або у фіксованому стані падіння не спостерігається. Конні Ван, Caltech

Мозок наших учасників реагував лише тоді, коли вертикальна складова поля була спрямована вниз приблизно на 60 градусів (при горизонтальному обертанні), як це природно відбувається в Пасадені, штат Каліфорнія. Вони не реагували на неприродні напрямки магнітного поля - наприклад, коли воно спрямовувало вгору. Ми вважаємо, що реакція налаштована на природні подразники, що відображає біологічний механізм, сформований природним відбором.

Інші дослідники показали, що мозок тварин фільтрує магнітні сигнали, реагуючи лише на ті, що є екологічно важливими. Має сенс відкинути будь-який магнітний сигнал, який знаходиться занадто далеко від природних значень, оскільки, швидше за все, це від магнітної аномалії - удару освітлення або, наприклад, відкладень каменю в землі. Один ранній звіт про птахів показав, що малинові перестають використовувати геомагнітне поле, якщо сила більше ніж приблизно На 25 відсотків відрізняється від того, до чого вони звикли. Можливо, ця тенденція може бути причиною того, чому попередні дослідники мали проблеми з ідентифікацією цього магнітного сенсу - якщо вони збільшив силу магнітного поля щоб “допомогти” суб’єктам його виявити, вони могли б натомість забезпечити, щоб мозок суб’єктів ігнорував це.

Більше того, наша серія експериментів показує, що рецепторний механізм - біологічний магнітометр у людей - це не електрична індукція, і він може відрізнити північ від півдня. Ця остання особливість повністю виключає т.зв. “Квантовий компас” або “криптохром” механізм, який сьогодні популярний у літературі про тварин щодо магніторецепції. Наші результати узгоджуються лише з функціональними магніторецепторними клітинами на основі гіпотеза біологічного магнетиту. Зверніть увагу, що система на основі магнетиту також можу пояснити всі поведінкові ефекти у птахів що сприяло зростанню гіпотези квантового компаса.

Мозок реєструє магнітні зрушення підсвідомо

Наші учасники не знали про зміщення магнітного поля та їх реакції мозку. Вони відчували, що протягом усього експерименту нічого не сталося - вони просто годину сиділи самі в темній тиші. Однак внизу їх мозок виявив широкий спектр відмінностей. Деякі мозки майже не реагували, тоді як у інших мозку були альфа-хвилі, які зменшились до половини свого нормального розміру після зсуву магнітного поля.

Залишається з’ясувати, що ці приховані реакції можуть означати для поведінкових можливостей людини. Чи відображають слабкі та сильні реакції мозку якісь індивідуальні відмінності в навігаційних здібностях? Чи можуть ті, у кого слабша реакція мозку, отримати користь від якогось тренінгу? Чи можна тих, хто має сильну реакцію мозку, навчити справді відчувати магнітне поле?

Реакція людини на магнітні поля сили Землі може здатися дивною. Але враховуючи докази магнітних відчуттів у наших предків-тварин, може бути більш дивним, якби люди повністю втратили кожен останній фрагмент системи. На даний момент ми знайшли докази того, що люди мають працюючі магнітні датчики, що посилають сигнали в мозок - раніше невідомі сенсорні здібності в підсвідомості людського розуму. Повний обсяг нашого магнітного спадку залишається відкрити.

Про авторів

Shinsuke Shimojo, Гертруда Балтимор, професор експериментальної психології, Каліфорнійський технологічний інститут; Daw-An Wu,, Каліфорнійський технологічний інституті Джозеф Кіршвінк, Ніко та Мерилін Ван Вінген, професори геобіології, Каліфорнійський технологічний інститут

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon