Avez-vous un compas magnétique dans la tête?

Avez-vous un compas magnétique dans la tête?
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Les êtres humains ont-ils un sens magnétique? Les biologistes savent d'autres animaux font. Ils pensent que cela aide les créatures, y compris les abeilles, les tortues et les oiseaux naviguer à travers le monde.

Les scientifiques ont tenté de déterminer si les humains faisaient partie de la liste des organismes sensibles aux magnétiques. Pendant des décennies, il y a eu un va-et-vient entre rapports positifs et échecs pour démontrer le trait chez les gens, avec controverse apparemment sans fin.

Les résultats mitigés chez les gens peuvent être dus au fait que pratiquement toutes les études antérieures reposaient sur des décisions comportementales des participants. Si les êtres humains possèdent un sens magnétique, l'expérience quotidienne suggère qu'il serait très faible ou profondément subconscient. De telles impressions faibles pourraient facilement être mal interprétées - ou tout simplement manquées - lorsque vous essayez de prendre des décisions.

Donc, notre groupe de recherche - y compris un biologiste géophysique, à neuroscientifique cognitif ainsi que d'un neuroingénieur - a pris une autre approche. Ce que nous avons trouvé fournit sans doute le premier neuroscientifique concret la preuve que les humains ont un sens géomagnétique.

Comment fonctionne un sens géomagnétique biologique?

La Terre est entourée par un champ magnétique généré par le mouvement du noyau liquide de la planète. C'est pourquoi une boussole magnétique pointe vers le nord. A la surface de la Terre, ce champ magnétique est assez faible, environ 100 fois plus faible que celui d'un aimant de réfrigérateur.

La vie sur Terre est exposée au champ géomagnétique toujours présent de la planète (avez-vous un compas magnétique dans votre tête?)La vie sur Terre est exposée au champ géomagnétique toujours présent de la planète, d'intensité et de direction variables sur la surface de la planète. Nasky / Shutterstock.com

Au cours des dernières années 50, les scientifiques ont montré que des centaines d’organismes dans presque toutes les branches de la bactérie, protiste et les règnes animaux ont la capacité de détecter et de réagir à ce champ géomagnétique. Chez certains animaux - comme les abeilles - les réponses comportementales géomagnétiques sont aussi fort que les réponses allumer, sentir ou toucher. Les biologistes ont identifié de fortes réactions chez les vertébrés allant de poisson, amphibiens, reptiles, de nombreux oiseaux et une variété de mammifères, y compris baleines, les rongeurs, chauves-souris, vaches et chiens - le dernier peut être formé pour trouver un barreau magnétique caché. Dans tous ces cas, les animaux utilisent le champ géomagnétique en tant que composants de leurs capacités de navigation et de navigation, ainsi que d'autres indices tels que la vue, l'odorat et l'audition.

Les sceptiques ont rejeté les premiers rapports de ces réponses, en grande partie parce qu'il ne semblait pas exister de mécanisme biophysique capable de traduire le faible champ géomagnétique de la Terre en signaux neuronaux puissants. Ce point de vue a été radicalement changé par le découverte que les cellules vivantes avoir la capacité à construire des nanocristaux du ferromagnétique magnétite minérale - En gros, de minuscules aimants en fer. Des cristaux biogéniques de magnétite ont d'abord été observés dans les dents d'un groupe de mollusques, plus tard bactéries, puis chez divers autres organismes allant des protistes aux animaux tels que les insectes, les poissons et les mammifères, y compris dans les tissus du cerveau humain.


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Néanmoins, les scientifiques n'ont pas considéré les humains comme des organismes sensibles au magnétisme.

Manipulation du champ magnétique

Dans notre nouvelle étude, nous avons simplement demandé aux participants 34 de s’asseoir dans notre chambre d’essai pendant que nous enregistrions directement l’activité électrique dans leur cerveau avec l’électroencéphalographie (EEG). Notre modifié cage de Faraday inclus un ensemble de bobines d'axe 3 qui nous ont permis de créer des champs magnétiques contrôlés de grande uniformité via le courant électrique traversé par ses fils. Étant donné que nous vivons aux latitudes moyennes de l’hémisphère Nord, le champ magnétique environnemental de notre laboratoire s’incline vers le nord à environ 60 par rapport à l’horizontale.

Dans une vie normale, lorsque quelqu'un tourne la tête - par exemple en hochant la tête ou en tournant la tête de gauche à droite - la direction du champ géomagnétique (qui reste constant dans l'espace) se déplacera par rapport à son crâne. Ce n'est pas une surprise pour le cerveau du sujet, car il demandait aux muscles de bouger la tête de manière appropriée en premier lieu.

Les participants à l'étude étaient assis dans la chambre d'expérimentation face au nord (avez-vous un compas magnétique dans la tête?)Les participants à l'étude étaient assis dans la chambre d'expérimentation face au nord, tandis que le champ dirigé vers le bas tournait dans le sens des aiguilles d'une montre (flèche bleue) du nord-ouest au nord-est ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (flèche rouge) du nord-ouest au nord-ouest. Laboratoire de champs magnétiques, Caltech, CC BY-ND

Dans notre chambre expérimentale, nous pouvons déplacer le champ magnétique silencieusement par rapport au cerveau, mais sans que le cerveau ait déclenché le moindre signal pour déplacer la tête. Ceci est comparable aux situations où votre tête ou votre coffre est tourné passivement par quelqu'un d'autre, ou lorsque vous êtes passager dans un véhicule en rotation. Dans ces cas, cependant, votre corps enregistrera toujours des signaux vestibulaires concernant sa position dans l'espace, ainsi que les changements de champ magnétique. En revanche, notre stimulation expérimentale n'était qu'un décalage de champ magnétique. Lorsque nous avons déplacé le champ magnétique dans la salle, nos participants n'ont pas ressenti de sentiments évidents.

Les données EEG, en revanche, ont révélé que certaines rotations du champ magnétique pouvaient déclencher des réponses cérébrales fortes et reproductibles. Un schéma EEG connu des recherches existantes, appelé alpha-ERD (désynchronisation liée à un événement), apparaît généralement lorsqu'une personne détecte et traite soudainement un stimulus sensoriel. Les cerveaux étaient «préoccupés» par le changement inattendu dans la direction du champ magnétique, ce qui a déclenché la réduction de l'onde alpha. Le fait que nous ayons observé de tels modèles alpha-ERD en réponse à de simples rotations magnétiques constitue une preuve irréfutable de la magnétoréception.

La vidéo montre la chute spectaculaire et généralisée de l'amplitude de l'onde alpha:


La vidéo montre la chute spectaculaire et généralisée de l'amplitude de l'onde alpha (couleur bleu foncé sur la tête la plus à gauche) à la suite de rotations dans le sens antihoraire. Aucune chute n'est observée après une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre ou à l'état fixe. Connie Wang, Caltech

Le cerveau de nos participants n'a répondu que lorsque la composante verticale du champ était dirigée vers le bas à environ 60 (en rotation horizontale), comme cela se fait naturellement ici à Pasadena, en Californie. Ils ne réagissaient pas aux directions non naturelles du champ magnétique - comme lorsque celui-ci était dirigé vers le haut. Nous suggérons que la réponse est ajustée aux stimuli naturels, reflétant un mécanisme biologique qui a été formé par la sélection naturelle.

D'autres chercheurs ont montré que le cerveau des animaux filtrait les signaux magnétiques et ne répondait qu'à ceux qui présentaient un intérêt environnemental. Il est judicieux de rejeter tout signal magnétique trop éloigné des valeurs naturelles, car il s'agit très probablement d'une anomalie magnétique, par exemple une gâche lumineuse ou un dépôt de calcaire dans le sol. Un premier rapport sur les oiseaux a montré que les merles cessent d’utiliser le champ géomagnétique si la force est supérieure à environ 25% différent de celui auquel ils étaient habitués. Il est possible que cette tendance explique peut-être pourquoi les chercheurs précédents ont eu du mal à identifier ce sens magnétique - s'ils augmenté la force du champ magnétique pour «aider» les sujets à le détecter, ils auraient peut-être plutôt veillé à ce que le cerveau des sujets l'ignore.

De plus, notre série d’expériences montre que le mécanisme du récepteur - le magnétomètre biologique chez l’être humain - n’est pas une induction électrique et peut distinguer le nord du sud. Cette dernière caractéristique exclut complètement le soi-disant «Boussole quantique» ou «cryptochrome» mécanisme qui est populaire ces jours-ci dans la littérature animale sur la magnétoréception. Nos résultats ne concordent que pour les cellules à magnétorécepteur fonctionnelles basées sur la hypothèse de magnétite biologique. Notez qu'un système à base de magnétite peut aussi expliquer tous les effets comportementaux chez les oiseaux qui a favorisé la montée de l'hypothèse de la boussole quantique.

Les cerveaux enregistrent des changements magnétiques, inconsciemment

Nos participants n'étaient pas au courant des changements de champs magnétiques et de leurs réponses cérébrales. Ils ont senti que rien ne s'était passé pendant toute l'expérience - ils étaient restés assis seuls dans un silence sombre pendant une heure. En dessous, cependant, leur cerveau a révélé un large éventail de différences. Certains cerveaux n'ont presque pas réagi, tandis que d'autres avaient des ondes alpha qui ont diminué de moitié par rapport à leur taille normale après un décalage du champ magnétique.

Il reste à voir ce que ces réactions cachées pourraient signifier pour les capacités comportementales de l'homme. Les réponses cérébrales faibles et fortes reflètent-elles une sorte de différence individuelle dans la capacité de navigation? Ceux qui ont une réponse cérébrale plus faible peuvent-ils bénéficier d'un entraînement? Ceux qui ont de fortes réactions cérébrales peuvent-ils être formés pour ressentir réellement le champ magnétique?

Une réponse humaine aux champs magnétiques de force terrestre pourrait sembler surprenante. Mais compte tenu des preuves de sensation magnétique chez nos ancêtres animaux, il serait peut-être plus surprenant que les humains aient complètement perdu chaque dernier élément du système. Jusqu'à présent, nous avons trouvé des preuves que des capteurs magnétiques en action envoyaient des signaux au cerveau - une capacité sensorielle jusque-là inconnue dans l'esprit subconscient de l'homme. Toute l'étendue de notre héritage magnétique reste à découvrir.La Conversation

À propos des auteurs

Shinsuke Shimojo, Professeur Gertrude Baltimore de psychologie expérimentale, California Institute of Technology; Daw-An Wu, California Institute of Technologyet Joseph Kirschvink, professeur de géobiologie Nico et Marilyn Van Wingen, California Institute of Technology

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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