Lightspring / Shutterstock.com

Apakah manusia memiliki indera magnetis? Ahli biologi tahu binatang lain melakukannya. Mereka pikir itu membantu makhluk termasuk lebah, kura-kura dan burung menavigasi melalui dunia.

Para ilmuwan telah mencoba menyelidiki apakah manusia termasuk dalam daftar organisme yang sensitif terhadap magnet. Selama beberapa dekade, ada bolak-balik di antara keduanya laporan positif dan kegagalan menunjukkan sifat pada orang, dengan kontroversi yang sepertinya tak berkesudahan.

Hasil yang beragam pada orang mungkin disebabkan oleh kenyataan bahwa hampir semua studi sebelumnya bergantung pada keputusan perilaku dari para peserta. Jika manusia memang memiliki perasaan magnetis, pengalaman sehari-hari menunjukkan bahwa itu akan sangat lemah atau sangat bawah sadar. Kesan samar seperti itu dapat dengan mudah disalahartikan - atau hanya terjawab - ketika mencoba untuk membuat keputusan.

Jadi grup riset kami - termasuk a ahli biologi geofisika, Sebuah ahli saraf kognitif dan neuroengineer - mengambil pendekatan lain. Apa yang kami temukan bisa dibilang memberikan neuroscientific beton pertama bukti bahwa manusia memang memiliki perasaan geomagnetik.

Bagaimana cara kerja perasaan geomagnetik biologis?

Bumi dikelilingi oleh medan magnet, yang dihasilkan oleh pergerakan inti cair planet. Itu sebabnya kompas magnetik mengarah ke utara. Di permukaan bumi, medan magnet ini cukup lemah, tentang 100 kali lebih lemah dari magnet kulkas.

Kehidupan di Bumi terpapar ke bidang geomagnetik planet yang selalu ada yang bervariasi dalam intensitas dan arah melintasi permukaan planet. Nasky / Shutterstock.com

Selama sekitar 50 tahun terakhir, para ilmuwan telah menunjukkan bahwa ratusan organisme di hampir semua cabang bakteri, protista dan kerajaan hewan memiliki kemampuan untuk mendeteksi dan merespons bidang geomagnetik ini. Pada beberapa hewan - seperti lebah madu - respons perilaku geomagnetik adalah sekuat tanggapan ke cahaya, bau atau sentuhan. Ahli biologi telah mengidentifikasi respons kuat pada vertebrata mulai dari ikan, amfibi, reptil, banyak burung dan beragam mamalia termasuk paus, hewan pengerat, kelelawar, sapi dan anjing - yang terakhir dapat dilatih untuk menemukan magnet batang tersembunyi. Dalam semua kasus ini, hewan menggunakan medan geomagnetik sebagai komponen dari kemampuan bernavigasi dan navigasi mereka, bersama dengan isyarat lainnya seperti penglihatan, penciuman dan pendengaran.

Skeptis menolak laporan awal tanggapan ini, terutama karena tampaknya tidak ada mekanisme biofisik yang dapat menerjemahkan medan geomagnetik lemah Bumi menjadi sinyal saraf yang kuat. Pandangan ini secara dramatis diubah oleh Penemuan sel hidup itu memiliki kemampuan untuk membangun nanocrystals dari feromagnetik mineral magnetit - pada dasarnya, magnet besi kecil. Kristal biogenik dari magnetit pertama kali terlihat pada gigi satu kelompok moluska, kemudian pada bakteri, dan kemudian di berbagai organisme lain mulai dari protista dan hewan seperti serangga, ikan dan mamalia, termasuk di dalam jaringan otak manusia.

Namun demikian, para ilmuwan belum menganggap manusia sebagai organisme yang sensitif terhadap magnet.

Memanipulasi medan magnet

Dalam studi baru kami, kami meminta peserta 34 hanya untuk duduk di ruang pengujian kami sementara kami secara langsung merekam aktivitas listrik di otak mereka dengan electroencephalography (EEG). Kami dimodifikasi Kandang Faraday termasuk satu set kumparan sumbu 3 yang memungkinkan kami membuat medan magnet terkontrol dengan keseragaman tinggi melalui arus listrik yang kami jalankan melalui kabelnya. Karena kita hidup di garis lintang pertengahan Belahan Bumi Utara, medan magnet lingkungan di lab kita turun ke utara pada sekitar 60 derajat dari horizontal.

Dalam kehidupan normal, ketika seseorang memutar kepalanya - katakanlah, mengangguk ke atas dan ke bawah atau memutar kepala dari kiri ke kanan - arah medan geomagnetik (yang tetap konstan di ruang angkasa) akan bergeser relatif terhadap tengkorak mereka. Ini tidak mengherankan bagi otak subjek, karena mengarahkan otot untuk menggerakkan kepala dengan cara yang tepat sejak awal.

Partisipan studi duduk di ruang eksperimen yang menghadap ke utara, sedangkan bidang yang mengarah ke bawah berputar searah jarum jam (panah biru) dari barat laut ke timur laut atau berlawanan arah jarum jam (panah merah) dari timur laut ke barat laut. Laboratorium Medan Magnet, Caltech, CC BY-ND

Di ruang eksperimental kami, kami dapat memindahkan medan magnet secara diam-diam relatif ke otak, tetapi tanpa otak memprakarsai sinyal apa pun untuk menggerakkan kepala. Ini sebanding dengan situasi ketika kepala atau bagasi Anda diputar secara pasif oleh orang lain, atau ketika Anda seorang penumpang dalam kendaraan yang berputar. Namun, dalam kasus itu, tubuh Anda masih akan mendaftarkan sinyal vestibular tentang posisinya di ruang angkasa, bersama dengan perubahan medan magnet - sebaliknya, stimulasi eksperimental kami hanya berupa pergeseran medan magnet. Ketika kami menggeser medan magnet di dalam ruangan, peserta kami tidak mengalami perasaan yang jelas.

Data EEG, di sisi lain, mengungkapkan bahwa rotasi medan magnet tertentu dapat memicu respons otak yang kuat dan dapat direproduksi. Satu pola EEG yang diketahui dari penelitian yang ada, yang disebut alpha-ERD (event-related desynchronization), biasanya muncul ketika seseorang tiba-tiba mendeteksi dan memproses stimulus sensorik. Otak "prihatin" dengan perubahan tak terduga dalam arah medan magnet, dan ini memicu pengurangan gelombang alpha. Bahwa kita melihat pola alpha-ERD dalam menanggapi rotasi magnetik sederhana adalah bukti kuat untuk magnetoreception manusia.

Video menunjukkan penurunan amplitudo gelombang alfa yang dramatis dan meluas:

{youtube}6Y4S2eG9BJA{/youtube}
Video menunjukkan penurunan dramatis dan luas dalam amplitudo gelombang alfa (warna biru tua di kepala paling kiri) mengikuti rotasi berlawanan arah jarum jam. Tidak ada penurunan yang diamati setelah rotasi searah jarum jam atau dalam kondisi tetap. Connie Wang, Caltech

Otak peserta kami hanya merespons ketika komponen vertikal dari bidang itu mengarah ke bawah pada sekitar derajat 60 (sementara berputar secara horizontal), seperti yang terjadi secara alami di Pasadena, California. Mereka tidak menanggapi arah medan magnet yang tidak wajar - seperti ketika menunjuk ke atas. Kami menyarankan respons disesuaikan dengan rangsangan alami, yang mencerminkan mekanisme biologis yang telah dibentuk oleh seleksi alam.

Peneliti lain telah menunjukkan bahwa otak hewan memfilter sinyal magnetik, hanya menanggapi yang relevan dengan lingkungan. Masuk akal untuk menolak sinyal magnetik yang terlalu jauh dari nilai alami karena kemungkinan besar berasal dari anomali magnetik - pemogokan pencahayaan, atau deposit batu gamping di tanah, misalnya. Satu laporan awal tentang burung menunjukkan bahwa burung robin berhenti menggunakan medan geomagnetik jika kekuatannya lebih dari sekitar 25 persen berbeda dari yang biasa mereka lakukan. Mungkin kecenderungan ini mungkin mengapa para peneliti sebelumnya mengalami kesulitan mengidentifikasi indra magnetik ini - jika mereka mendongkrak kekuatan medan magnet untuk "membantu" subjek mendeteksinya, mereka mungkin malah memastikan bahwa otak subjek mengabaikannya.

Selain itu, rangkaian percobaan kami menunjukkan bahwa mekanisme reseptor - magnetometer biologis pada manusia - bukan induksi listrik, dan dapat membedakan utara dari selatan. Fitur yang terakhir ini mengesampingkan apa yang disebut "Kompas kuantum" atau "cryptochrome" mekanisme yang populer hari ini dalam literatur hewan tentang magnetoreception. Hasil kami hanya konsisten dengan sel magnetoreceptor fungsional berdasarkan hipotesis magnetit biologis. Perhatikan bahwa sistem berbasis magnetit bisa juga dijelaskan semua efek perilaku pada burung yang mempromosikan munculnya hipotesis kompas kuantum.

Otak mendaftarkan perubahan magnetik, secara tidak sadar

Peserta kami semua tidak menyadari perubahan medan magnet dan respons otak mereka. Mereka merasa bahwa tidak ada yang terjadi selama seluruh percobaan - mereka hanya duduk sendirian dalam keheningan selama satu jam. Namun, di bawahnya, otak mereka mengungkapkan berbagai perbedaan. Beberapa otak hampir tidak menunjukkan reaksi, sedangkan otak lain memiliki gelombang alfa yang menyusut menjadi setengah dari ukuran normal setelah pergeseran medan magnet.

Masih harus dilihat apa artinya reaksi tersembunyi ini bagi kemampuan perilaku manusia. Apakah respons otak yang lemah dan kuat mencerminkan semacam perbedaan individu dalam kemampuan navigasi? Bisakah mereka dengan respons otak yang lebih lemah mendapat manfaat dari beberapa jenis pelatihan? Bisakah mereka dengan respons otak yang kuat dilatih untuk benar-benar merasakan medan magnet?

Respons manusia terhadap medan magnet kekuatan Bumi mungkin tampak mengejutkan. Tetapi mengingat bukti untuk sensasi magnetik pada nenek moyang hewan kita, mungkin lebih mengejutkan jika manusia benar-benar kehilangan setiap bagian terakhir dari sistem. Sejauh ini, kami telah menemukan bukti bahwa orang memiliki sensor magnetik yang bekerja mengirim sinyal ke otak - kemampuan sensor yang sebelumnya tidak diketahui dalam pikiran manusia bawah sadar. Luasnya warisan magnetik kita masih harus ditemukan.

Tentang Penulis

Shinsuke Shimojo, Profesor Psikologi Eksperimental Gertrude Baltimore, California Institute of Technology; Daw-An Wu,, California Institute of Technology, dan Joseph Kirschvink, Nico dan Marilyn Van Wingen Profesor Geobiologi, California Institute of Technology

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon