Hai una bussola magnetica nella tua testa?

Hai una bussola magnetica nella tua testa?
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Gli esseri umani hanno un senso magnetico? I biologi lo sanno altri animali fanno. Pensano che aiuti le creature tra cui api, tartarughe e uccelli navigare attraverso il mondo.

Gli scienziati hanno cercato di indagare se gli esseri umani appartengono alla lista degli organismi magneticamente sensibili. Per decenni, c'è stato un contrattempo tra rapporti positivi e fallimenti da dimostrare il tratto nelle persone, con polemica apparentemente senza fine.

I risultati contrastanti nelle persone possono essere dovuti al fatto che praticamente tutti gli studi precedenti si basavano su decisioni comportamentali dei partecipanti. Se gli esseri umani possiedono un senso magnetico, l'esperienza quotidiana suggerisce che sarebbe molto debole o profondamente subconscio. Queste deboli impressioni potrebbero facilmente essere interpretate in modo errato - o semplicemente mancate - quando si tenta di prendere decisioni.

Quindi il nostro gruppo di ricerca - incluso a biologo geofisico, un neuroscienziato cognitivo e neuroengineer - ha preso un altro approccio. Quello che abbiamo trovato probabilmente fornisce il primo neuroscientifico concreto prova che gli umani hanno un senso geomagnetico.

Come funziona un senso geomagnetico biologico?

La Terra è circondata da un campo magnetico, generato dal movimento del nucleo liquido del pianeta. È per questo che una bussola magnetica punta a nord. Sulla superficie terrestre, questo campo magnetico è abbastanza debole, circa i tempi di 100 più deboli di quello di un magnete del frigorifero.

La vita sulla Terra è esposta al sempre presente campo geomagnetico del pianeta (hai una bussola magnetica nella tua testa?)La vita sulla Terra è esposta al sempre presente campo geomagnetico del pianeta che varia in intensità e direzione attraverso la superficie planetaria. Nasky / Shutterstock.com

Negli ultimi 50 anni, gli scienziati hanno dimostrato che centinaia di organismi in quasi tutti i rami del batterio, protista e i regni animali hanno la capacità di rilevare e rispondere a questo campo geomagnetico. In alcuni animali - come le api da miele - le risposte comportamentali geomagnetiche sono forte come le risposte alla luce, all'odore o al tatto. I biologi hanno identificato forti risposte nei vertebrati che vanno da pesce, anfibi, rettili, numerosi uccelli e una variegata varietà di mammiferi tra cui balene, roditori, pipistrelli, mucche e cani - l'ultimo dei quali può essere addestrato per trovare una barra magnetica nascosta. In tutti questi casi, gli animali usano il campo geomagnetico come componenti delle loro abilità di homing e navigazione, insieme ad altri segnali come la vista, l'olfatto e l'udito.

Gli scettici hanno respinto le prime notizie di queste risposte, in gran parte perché non sembrava esserci un meccanismo biofisico che potesse tradurre il debole campo geomagnetico della Terra in forti segnali neurali. Questa visione è stata drammaticamente cambiata dal scoperta che vivono le cellule avere l' capacità di costruire nanocristalli di ferromagnetico magnetite minerale - In pratica, piccoli magneti di ferro. I cristalli biogenici di magnetite sono stati osservati per la prima volta tra i denti di un gruppo di molluschi, in seguito batterie poi in una varietà di altri organismi che vanno da protisti e animali come insetti, pesci e mammiferi, compreso all'interno dei tessuti del cervello umano.

Tuttavia, gli scienziati non hanno considerato gli esseri umani come organismi sensibili magneticamente.

Manipolazione del campo magnetico

Nel nostro nuovo studio, abbiamo chiesto ai partecipanti a 34 semplicemente di sederci nella nostra camera di test mentre abbiamo registrato direttamente l'attività elettrica nel loro cervello con l'elettroencefalografia (EEG). Il nostro modificato Gabbia di Faraday incluso un set di bobine 3 che ci permettono di creare campi magnetici controllati di alta uniformità attraverso la corrente elettrica che abbiamo percorso attraverso i suoi fili. Dato che viviamo a latitudini dell'emisfero nord, il campo magnetico ambientale nel nostro laboratorio scende verso il nord a circa 60 dall'orizzontale.

Nella vita normale, quando qualcuno ruota la testa - ad esempio, annuendo su e giù o girando la testa da sinistra a destra - la direzione del campo geomagnetico (che rimane costante nello spazio) si sposta rispetto al cranio. Ciò non sorprende il cervello del soggetto, in quanto ha diretto i muscoli a muovere la testa in modo appropriato in primo luogo.

I partecipanti allo studio si sono seduti nella camera sperimentale esposta a nord (hai una bussola magnetica nella tua testa?)I partecipanti allo studio erano seduti nella camera sperimentale rivolta a nord, mentre il campo rivolto verso il basso ruotava in senso orario (freccia blu) da nord-ovest a nord-est o in senso antiorario (freccia rossa) da nord-est a nord-ovest. Laboratorio di campi magnetici, Caltech, CC BY-ND

Nella nostra camera sperimentale, possiamo spostare il campo magnetico in silenzio rispetto al cervello, ma senza che il cervello abbia iniziato alcun segnale per muovere la testa. Questo è paragonabile alle situazioni in cui la testa o il tronco sono ruotati passivamente da qualcun altro o quando sei un passeggero in un veicolo che ruota. In questi casi, tuttavia, il tuo corpo registrerà ancora segnali vestibolari sulla sua posizione nello spazio, insieme ai cambiamenti del campo magnetico - al contrario, la nostra stimolazione sperimentale era solo uno spostamento del campo magnetico. Quando abbiamo spostato il campo magnetico nella camera, i nostri partecipanti non hanno provato sentimenti evidenti.

I dati EEG, d'altra parte, hanno rivelato che alcune rotazioni del campo magnetico potrebbero innescare risposte cerebrali forti e riproducibili. Un modello EEG noto dalla ricerca esistente, chiamato alfa-ERD (desincronizzazione legata agli eventi), si manifesta tipicamente quando una persona rileva improvvisamente ed elabora uno stimolo sensoriale. I cervelli erano "preoccupati" per l'inaspettato cambiamento nella direzione del campo magnetico, e questo ha innescato la riduzione delle onde alfa. Il fatto che abbiamo visto tali schemi alfa-ERD in risposta a semplici rotazioni magnetiche è una prova evidente per l'individuazione di una magnetite umana.

Il video mostra il calo drammatico e diffuso dell'ampiezza dell'onda alfa:


Il video mostra il calo drammatico e diffuso dell'ampiezza dell'onda alfa (colore blu intenso sulla testa più a sinistra) dopo le rotazioni in senso antiorario. Nessuna caduta viene osservata dopo la rotazione in senso orario o in condizioni fisse. Connie Wang, Caltech

Il cervello dei nostri partecipanti ha risposto solo quando la componente verticale del campo puntava verso il basso a circa 60 gradi (mentre ruotava orizzontalmente), come avviene naturalmente qui a Pasadena, in California. Non rispondevano alle direzioni innaturali del campo magnetico - come quando puntava verso l'alto. Suggeriamo che la risposta sia sintonizzata su stimoli naturali, riflettendo un meccanismo biologico che è stato modellato dalla selezione naturale.

Altri ricercatori hanno dimostrato che il cervello degli animali filtra i segnali magnetici, rispondendo solo a quelli che sono rilevanti dal punto di vista ambientale. Ha senso rifiutare qualsiasi segnale magnetico che sia troppo lontano dai valori naturali perché molto probabilmente è causato da un'anomalia magnetica - un fulmine, o un deposito di calce nel terreno, per esempio. Un primo rapporto sugli uccelli ha mostrato che i pettirossi smettono di usare il campo geomagnetico se la forza è maggiore di circa 25 per cento diverso da quello a cui erano abituati. È possibile che questa tendenza potrebbe essere il motivo per cui i precedenti ricercatori hanno avuto problemi a identificare questo senso magnetico - se loro alzò la forza del campo magnetico per "aiutare" i soggetti a rilevarlo, avrebbero invece potuto garantire che il cervello dei soggetti lo ignorasse.

Inoltre, la nostra serie di esperimenti mostra che il meccanismo del recettore - il magnetometro biologico negli esseri umani - non è un'induzione elettrica, e può dire nord da sud. Quest'ultima caratteristica esclude completamente il cosiddetto "Bussola quantistica" o "crittocromo" meccanismo che è popolare in questi giorni nella letteratura animale sulla magnetoricezione. I nostri risultati sono coerenti solo con cellule magnetocettori funzionali basate sul ipotesi di magnetite biologica. Si noti che un sistema basato su magnetite può anche spiegare tutti gli effetti comportamentali negli uccelli che ha promosso l'ascesa dell'ipotesi della bussola quantistica.

I cervelli registrano spostamenti magnetici, nel subconscio

I nostri partecipanti erano tutti inconsapevoli degli spostamenti del campo magnetico e delle loro risposte cerebrali. Sentivano che nulla era accaduto durante l'intero esperimento: si erano seduti da soli nel buio silenzio per un'ora. Sotto, però, il loro cervello ha rivelato una vasta gamma di differenze. Alcuni cervelli mostravano quasi nessuna reazione, mentre altri cervelli avevano onde alfa che si riducevano a metà delle loro dimensioni normali dopo uno spostamento di campo magnetico.

Resta da vedere cosa queste reazioni nascoste potrebbero significare per le capacità comportamentali umane. Le risposte cerebrali deboli e forti riflettono qualche tipo di differenze individuali nella capacità di navigazione? Possono quelli con risposte cerebrali più deboli beneficiare di un qualche tipo di allenamento? Possono quelli che hanno risposte cerebrali forti essere addestrati a sentire realmente il campo magnetico?

Una risposta umana ai campi magnetici della forza della Terra potrebbe sembrare sorprendente. Ma date le prove per la sensazione magnetica nei nostri antenati animali, potrebbe essere più sorprendente se gli umani avessero completamente perso ogni ultimo pezzo del sistema. Finora, abbiamo trovato prove che le persone hanno sensori magnetici che inviano segnali al cervello - un'abilità sensoriale precedentemente sconosciuta nella mente umana subconscia. Resta da scoprire la piena estensione della nostra eredità magnetica.The Conversation

Riguardo agli Autori

Shinsuke Shimojo, Gertrude Baltimore Professore di Psicologia sperimentale, California Institute of Technology; Daw-An Wu,, California Institute of Technologye Joseph Kirschvink, Nico e Marilyn Van Wingen, professore di geobiologia, California Institute of Technology

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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