Haben Menschen einen magnetischen Sinn? Biologen wissen es andere tiere tun. Sie glauben, es hilft Kreaturen wie Bienen, Schildkröten und Vögeln navigiere durch die Welt.
Wissenschaftler haben versucht zu untersuchen, ob Menschen auf der Liste magnetisch empfindlicher Organismen stehen. Seit Jahrzehnten gibt es ein Hin und Her zwischen positive Berichte und Misserfolge zu demonstrieren die Eigenschaft bei Menschen, mit scheinbar endlose Kontroverse.
Die gemischten Ergebnisse bei Menschen können darauf zurückzuführen sein, dass praktisch alle früheren Studien auf Verhaltensentscheidungen der Teilnehmer beruhten. Wenn der Mensch einen magnetischen Sinn besitzt, deutet die tägliche Erfahrung darauf hin, dass er sehr schwach oder tief unterbewusst sein würde. Solche schwachen Eindrücke könnten beim Versuch, Entscheidungen zu treffen, leicht falsch interpretiert oder einfach übersehen werden.
Also unsere Forschungsgruppe - inklusive a geophysikalischer Biologe, eine kognitiver Neurowissenschaftler und einem Neuroengineer - nahm einen anderen Ansatz. Was wir gefunden liefert wahrscheinlich die erste konkrete neurowissenschaftliche Beweise dafür, dass Menschen einen geomagnetischen Sinn haben.
Wie funktioniert ein biologischer geomagnetischer Sinn?
Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben, das durch die Bewegung des flüssigen Kerns des Planeten erzeugt wird. Aus diesem Grund zeigt ein Magnetkompass nach Norden. An der Erdoberfläche ist dieses Magnetfeld ziemlich schwach, über 100 mal schwächer als der eines Kühlschrankmagneten.
Das Leben auf der Erde ist dem ständig vorhandenen geomagnetischen Feld des Planeten ausgesetzt, dessen Intensität und Richtung über die Planetenoberfläche variiert. Nasky / Shutterstock.com
In den vergangenen 50-Jahren haben Wissenschaftler gezeigt, dass Hunderte von Organismen in fast allen Zweigen der Bakterien, Protist und Tierreiche haben die Fähigkeit, dieses geomagnetische Feld zu erkennen und darauf zu reagieren. Bei einigen Tieren - wie Honigbienen - Die geomagnetischen Verhaltensreaktionen sind so stark wie die Antworten Licht, Geruch oder Berührung. Biologen haben starke Reaktionen bei Wirbeltieren festgestellt Fisch, Amphibien, Reptilien, zahlreiche Vögel und eine Vielzahl von Säugetieren einschließlich Wale, Nagetiere, Fledermäuse, Kühe und Hunde - Der letzte kann trainiert werden, um einen versteckten Stabmagneten zu finden. In all diesen Fällen verwenden die Tiere das geomagnetische Feld als Komponenten ihrer Ziel- und Navigationsfähigkeiten sowie andere Hinweise wie Sehen, Riechen und Hören.
Skeptiker lehnten frühe Berichte über diese Reaktionen ab, hauptsächlich weil es keinen biophysikalischen Mechanismus gab, der das schwache geomagnetische Feld der Erde in starke neuronale Signale umwandeln könnte. Diese Sichtweise wurde durch die Entdeckung, dass lebende Zellen haben die Fähigkeit zu bauen Nanokristalle der ferromagnetisch mineralischer Magnetit - im Grunde winzige Eisenmagnete. Biogene Magnetitkristalle wurden zuerst in den Zähnen einer Gruppe von Mollusken, später in gesehen Bakterienund dann in einer Vielzahl anderer Organismen, von Protisten und Tieren wie Insekten, Fischen und Säugetieren, einschließlich in Geweben des menschlichen Gehirns.
Dennoch haben Wissenschaftler den Menschen nicht als magnetisch empfindliche Organismen betrachtet.
Manipulieren des Magnetfelds
In unserer neuen Studie haben wir 34-Teilnehmer gebeten, einfach in unserer Testkammer zu sitzen, während wir die elektrische Aktivität in ihrem Gehirn direkt mit der Elektroenzephalographie (EEG) aufgezeichnet haben. Unser modifiziertes Faradayscher Käfig enthalten einen Satz 3-Achsenspulen, mit denen wir kontrollierte Magnetfelder mit hoher Gleichmäßigkeit durch elektrischen Strom erzeugen können, den wir durch die Drähte liefen. Da wir in mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre leben, fällt das Umgebungsmagnetfeld in unserem Labor um etwa 60 Grad von der Horizontalen nach Norden ab.
Im normalen Leben, wenn jemand seinen Kopf dreht - beispielsweise nach oben und unten nickt oder den Kopf von links nach rechts dreht -, wird sich die Richtung des geomagnetischen Feldes (das im Raum konstant bleibt) relativ zu seinem Schädel verschieben. Dies ist keine Überraschung für das Gehirn des Subjekts, da es die Muskeln anweist, den Kopf in der richtigen Weise zu bewegen.
Die Studienteilnehmer saßen in der nach Norden gerichteten Experimentierkammer, während das nach unten zeigende Feld im Uhrzeigersinn (blauer Pfeil) von Nordwesten nach Nordosten oder gegen den Uhrzeigersinn (roter Pfeil) von Nordosten nach Nordwesten gedreht wurde. Magnetfeldlabor, Caltech, CC BY-ND
In unserer Experimentierkammer können wir das Magnetfeld leise relativ zum Gehirn bewegen, ohne dass das Gehirn ein Signal zur Bewegung des Kopfes ausgelöst hat. Dies ist vergleichbar mit Situationen, in denen der Kopf oder der Kofferraum von jemandem passiv gedreht wird oder wenn Sie ein Passagier in einem sich drehenden Fahrzeug sind. In diesem Fall registriert Ihr Körper jedoch weiterhin vestibuläre Signale über seine Position im Raum sowie die Änderungen des Magnetfelds - im Gegensatz dazu war unsere experimentelle Stimulation nur eine Magnetfeldverschiebung. Als wir das Magnetfeld in der Kammer verschoben haben, haben unsere Teilnehmer keine offensichtlichen Gefühle erlebt.
Andererseits zeigten die EEG-Daten, dass bestimmte Rotationen des Magnetfelds starke und reproduzierbare Gehirnreaktionen auslösen können. Ein aus der Forschung bekanntes EEG-Muster, genannt alpha-ERD (ereignisbezogene Desynchronisation), zeigt sich typischerweise, wenn eine Person plötzlich einen Sinnesreiz erkennt und verarbeitet. Die Gehirne waren "besorgt" mit der unerwarteten Änderung der Richtung des Magnetfelds, was die Reduktion der Alpha-Welle auslöste. Dass wir solche alpha-ERD-Muster als Reaktion auf einfache magnetische Rotationen gesehen haben, ist ein starker Beweis für die menschliche Magnetorezeption.
Das Video zeigt den dramatischen, weit verbreiteten Abfall der Amplitude der Alpha-Welle:
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Das Video zeigt den dramatischen, weit verbreiteten Abfall der Alpha-Wellenamplitude (tiefblaue Farbe am linken Kopf) nach Drehung im Gegenuhrzeigersinn. Nach Rechtsdrehung oder im festen Zustand wird kein Abfall beobachtet. Connie Wang, Caltech
Die Gehirne unserer Teilnehmer reagierten nur dann, wenn die vertikale Komponente des Feldes um etwa 60-Grad nach unten zeigte (während sie sich horizontal drehte), wie es hier in Pasadena, Kalifornien, der Fall ist. Sie reagierten nicht auf unnatürliche Richtungen des Magnetfelds - beispielsweise wenn es nach oben zeigte. Wir schlagen vor, dass die Reaktion auf natürliche Reize abgestimmt ist, was einen biologischen Mechanismus widerspiegelt, der durch natürliche Auslese geformt wurde.
Andere Forscher haben gezeigt, dass das Gehirn von Tieren magnetische Signale filtert und nur auf die umweltrelevanten Signale reagiert. Es ist sinnvoll, jedes magnetische Signal, das zu weit von den natürlichen Werten entfernt ist, zurückzuweisen, da es höchstwahrscheinlich auf eine magnetische Anomalie zurückzuführen ist - beispielsweise durch einen Lichteinschlag oder eine Lagerstätte im Boden. Ein früherer Bericht über Vögel zeigte, dass Robins das geomagnetische Feld nicht mehr nutzen, wenn die Stärke mehr als ungefähr ist 25 Prozent anders als gewohnt. Möglicherweise hat diese Tendenz dazu geführt, dass frühere Forscher Schwierigkeiten hatten, diesen magnetischen Sinn zu erkennen - wenn sie es könnten die Stärke des Magnetfelds aufgedreht Um die Probanden dabei zu „unterstützen“, hätten sie stattdessen dafür gesorgt, dass das Gehirn der Probanden es ignorierte.
Darüber hinaus zeigen unsere Versuchsreihen, dass der Rezeptormechanismus - das biologische Magnetometer beim Menschen - keine elektrische Induktion ist und von Norden nach Süden unterscheiden kann. Letzteres schließt das so genannte vollständig aus "Quantenkompass" oder "Kryptochrom" Mechanismus, der heutzutage in der Tierliteratur zur Magnetorezeption populär ist. Unsere Ergebnisse stimmen nur mit funktionellen Magnetorezeptorzellen überein biologische Magnetit-Hypothese. Beachten Sie, dass ein Magnetit-basiertes System kann auch erklären alle Verhaltensweisen bei Vögeln das förderte den Aufstieg der Quantenkompass-Hypothese.
Gehirne registrieren unbewusst magnetische Verschiebungen
Alle Teilnehmer waren sich der Magnetfeldverschiebungen und ihrer Gehirnreaktionen nicht bewusst. Sie hatten das Gefühl, dass während des gesamten Experiments nichts passiert war - sie saßen einfach nur eine Stunde in dunkler Stille. Ihr Gehirn enthüllte jedoch eine Vielzahl von Unterschieden. Einige Gehirne zeigten fast keine Reaktion, während andere Gehirne Alphawellen aufwiesen, die nach einer Magnetfeldverschiebung auf die Hälfte ihrer normalen Größe schrumpften.
Es bleibt abzuwarten, was diese verborgenen Reaktionen für das Verhalten des Menschen bedeuten könnten. Spiegeln die schwachen und starken Gehirnreaktionen auf individuelle Unterschiede in der Navigationsfähigkeit zurück? Können Personen mit schwächeren Gehirnreaktionen von einer Art Training profitieren? Können Personen mit starken Gehirnreaktionen darauf trainiert werden, das Magnetfeld tatsächlich zu fühlen?
Eine menschliche Reaktion auf Erdmagnetfelder mag überraschend erscheinen. Angesichts der Anzeichen für ein magnetisches Gefühl bei unseren tierischen Vorfahren könnte es überraschender sein, wenn der Mensch jedes letzte Teil des Systems vollständig verloren hat. Bis jetzt haben wir Beweise dafür gefunden, dass Menschen über magnetische Sensoren verfügen, die Signale an das Gehirn senden - eine bisher unbekannte sensorische Fähigkeit im unbewussten menschlichen Geist. Das gesamte Ausmaß unserer magnetischen Vererbung muss noch entdeckt werden.
Über den Autor
Shinsuke Shimojo, Gertrude Baltimore Professor für experimentelle Psychologie, California Institute of Technology; Daw-An Wu, California Institute of Technologyund Joseph Kirschvink, Nico und Marilyn Van Wingen Professor für Geobiologie, California Institute of Technology
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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