Beynin Dünya’nın manyetik alanını tespit etmesini sağlayan manyetik duyusuna dair kanıtlar bulundu!

Shinsuke Shimojo, California Institute of Technology; Daw-An Wu, California Institute of Technology, and Joseph Kirschvink, California Institute of Technology

İnsan manyetik görüşünün bir anlamı var mı? Biyologlar diğer hayvanların ne yaptığını biliyor. Arılar, kaplumbağalar ve kuşlar gibi yaratıkların dünyayı dolaşmasına yardımcı olduğunu düşünüyorlar.

Bilim insanları, insanların manyetik olarak hassas organizmalar listesine ait olup olmadığını araştırmaya çalıştılar. Onlarca yıldır, görünüşte bitmeyen tartışmalarla birlikte, insanlardaki özelliği gösterme konusundaki olumlu raporlar ve başarısızlıklar arasında bir ileri-geri olmuştur.

İnsanlardaki karışık sonuçlar, neredeyse tüm geçmiş çalışmaların katılımcıların davranışsal kararlarına dayanması nedeniyle olabilir. Eğer insanlar manyetik bir algıya sahipse, günlük deneyimler bunun çok zayıf veya derinden bilinçaltı olacağını düşündürür. Bu tür soluk izlenimler, karar almaya çalışırken kolayca yanlış yorumlanabilir - ya da sadece açıkça kaçırılabilir.

Bu yüzden araştırma grubumuz - bir jeofizik biyolog, bilişsel bir nörobilimci ve bir nöro-mühendis dahil - başka bir yaklaşım benimsemiştir. Muhtemelen bulduğumuz şey, insanların jeomanyetik bir anlama sahip oldukları ilk somut sinirbilimsel kanıtı sağlar.

Biyolojik jeomanyetik duyu nasıl çalışır?

Dünya, gezegenin sıvı çekirdeğinin hareketi tarafından oluşturulan manyetik bir alanla çevrilidir. Manyetik pusulanın kuzeye işaret etmesinin nedeni budur. Dünya yüzeyinde, bu manyetik alan, bir buzdolabı mıknatısından yaklaşık 100 kat daha zayıftır.

Son 50 yılda, bilim adamları, bakteri, protist ve hayvan alemlerinin hemen hemen tüm dallarındaki yüzlerce organizmanın bu jeomanyetik alanı tespit etme ve bunlara cevap verme yeteneğine sahip olduklarını göstermiştir. Bazı hayvanlarda - bal arıları gibi - jeomanyetik davranışsal tepkiler, ışığa, kokuya veya dokunmaya verilen tepkiler kadar güçlüdür. Biyologlar, omurgalı balıklarda, amfibilerde, sürüngenlerde, çok sayıda kuşta ve balinalar, kemirgenler, yarasalar, inekler ve köpekler gibi çeşitli memelilerden oluşan çok çeşitli yanıtları belirledi. Bütün bu durumlarda, hayvanlar jeomanyetik alanı, görüş ve gezinme yeteneklerinin bir parçası olarak, görme, koku ve işitme gibi diğer işaretlerle birlikte kullanıyorlar.

  Şüpheciler, bu tepkilerin ilk raporlarını reddetti, çünkü büyük ölçüde, Dünya’nın zayıf jeomanyetik alanını güçlü sinir sinyallerine çevirebilecek bir biyofiziksel mekanizma olmadığı görülüyordu. Bu görüş, canlı hücrelerin ferromanyetik mineral manyetit - temel olarak minik demir mıknatısların nanokristallerini oluşturma kabiliyetine sahip olduğu keşfiyle çarpıcı biçimde değiştirildi. Biyojenik manyetit kristalleri ilk önce bir yumuşakça grubunun dişlerinde, daha sonra bakterilerde ve daha sonra insan beyninin dokuları dahil olmak üzere böcekler, balıklar ve memeliler gibi protistlerden ve hayvanlardan çeşitli diğer organizmalarda görülmüştür.

Bir kızıl sombalığı manyetosom zincirleri. Mann, Sparks, Walker ve Kirschvink, 1988, CC BY-ND Bununla birlikte, bilim insanları, insanları manyetik olarak hassas organizmalar olarak görmemişlerdir.

Caltech’teki insan hakları algı test odasının şematik çizimi. “Cazibe Merkezi” nden C. Bickel tarafından değiştirildi (El, 2016). Yeni çalışmamızda 34 katılımcıdan basitçe elektroensefalografi (EEG) ile beyinlerinde doğrudan elektriksel aktivite kaydederken, test odamızda oturmalarını istedik. Değiştirilmiş Faraday kafesimiz, telleri üzerinden geçirdiğimiz elektrik akımı ile yüksek homojenliğe sahip kontrollü manyetik alanlar yaratmamıza izin veren 3 eksenli bir bobin takımı içeriyordu. Kuzey Yarımkürenin orta enlemlerinde yaşadığımız için, laboratuarımızdaki çevresel manyetik alan yataydan yaklaşık 60 derece aşağıya iner.

  Normal yaşamda, birisi başını çevirdiğinde - örneğin, başını sallayıp sallamak ya da başını soldan sağa çevirmek - jeomanyetik alanın (uzayda sabit kalan) yönü kafatasına göre değişecektir. Bu, konunun beynini şaşırtmaz, çünkü kasları başını uygun şekilde hareket ettirmek için kasları yönlendirdi.

Çalışma katılımcıları, kuzeye bakan deney odasına otururken aşağı doğru işaret eden alan saat yönünde (mavi ok) kuzeybatıdan kuzeydoğuya, saat yönünün tersinde (kırmızı ok) kuzeydoğusundan kuzeybatıya döndü. Manyetik Alan Laboratuvarı, Caltech, CC BY-ND Deney odamızda, manyetik alanı beyne göre sessizce hareket ettirebiliriz, ancak beyin kafayı hareket ettirmek için herhangi bir sinyal başlatmamış olabilir. Bu, başınızın veya bagajınızın bir başkası tarafından pasif olarak döndürüldüğü veya dönen bir araçta bir yolcu olduğunuz durumlarla karşılaştırılabilir. Yine de, bu durumlarda, bedeniniz manyetik alan değişimleriyle birlikte uzaydaki konumu ile ilgili vestibüler sinyalleri kaydedecektir - bunun aksine, deneysel stimülasyonumuz yalnızca manyetik alan kaymasıydı. Odadaki manyetik alanı değiştirdiğimizde, katılımcılarımız açık bir his yaşamamışlardır.  

Öte yandan, EEG verileri, belirli manyetik alan rotasyonlarının güçlü ve tekrarlanabilir beyin tepkilerini tetikleyebileceğini ortaya koydu. Mevcut araştırmalardan bilinen ve alfa-ERD (olaya bağlı zaman uyumsuzluğu) adı verilen bir EEG modeli, tipik olarak bir kişinin aniden bir duyusal uyarıcıyı algıladığı ve işlediği zaman ortaya çıkar. Beyinler manyetik alan yönündeki beklenmedik değişikliklerle “ilgiliydi” ve bu alfa dalgası azalmasını tetikledi. Basit manyetik rotasyonlara cevaben bu tür alfa-ERD modellerini gördüğümüz, insanın maneviyat algısı için güçlü bir delildir.

Video, saat yönünün tersine döndürmelerin ardından alfa dalgası genliğindeki (en sol baştaki koyu mavi renk) dramatik, yaygın düşüşü gösterir. Saat yönünde dönüşten sonra veya sabit durumda bir damla gözlenmez. Connie Wang, Caltech Katılımcılarımızın beyinleri, yalnızca alanın dikey bileşeni, doğal olarak burada Pasadena, Kaliforniya’da olduğu gibi, yaklaşık 60 derecede aşağı doğru işaret ettiğinde (yatay olarak dönerken) cevap verdi. Manyetik alanın doğal olmayan yönlerine - yani yukarı dönük olduğu gibi - tepki vermediler. Cevabın, doğal seleksiyonla şekillendirilmiş biyolojik bir mekanizmayı yansıtan doğal uyaranlara ayarlanmış olduğunu düşünüyoruz.

Diğer araştırmacılar, hayvanların beyninin yalnızca çevresel olarak ilgili olanlara cevap veren manyetik sinyalleri filtrelediğini göstermiştir. Doğal değerlerden çok uzakta olan herhangi bir manyetik sinyali reddetmek mantıklıdır, çünkü büyük olasılıkla manyetik bir anomalidir - örneğin bir ışık çarpması veya zeminde lodestone birikintisi. Kuşlara ilişkin erken bir rapor, kuvvetlerin alışkın olduklarından yaklaşık yüzde 25’ten farklı olması durumunda, robotların jeomanyetik alanı kullanmayı bıraktıklarını gösterdi. Bu eğilim, önceki araştırmacıların bu manyetik duyguyu tanımlamakta zorlanmalarının muhtemel olması muhtemel olabilir - eğer manyetik alanın, konuların tespit etmesine “yardımcı olmak için” gücünü arttırırlarsa, bunun yerine konuların beyninin yok sayılmasını sağlamış olabilirler.

Dahası, deney dizimiz, alıcı mekanizmasının - insanlarda biyolojik manyetometre - elektriksel endüksiyon olmadığını ve kuzeye güneyden söyleyebildiğini göstermektedir. Bu son özellik, manyetoreception hakkındaki hayvan literatüründe bu günlerde popüler olan “kuantum pusulası” veya “kriptokrom” mekanizmasını tamamen dışlar. Sonuçlarımız sadece biyolojik manyetit hipotezine dayanan işlevsel magnetoreceptor hücreleri ile tutarlıdır. Bir manyetit tabanlı sistemin, kuantum pusulası hipotezinin yükselişini destekleyen kuşlardaki davranışsal etkilerin tümünü de açıklayabileceğini unutmayın.

Beyinler bilinçaltında manyetik kaymaları kaydeder

Katılımcılarımızın hepsi manyetik alan değişimlerinden ve beyin tepkilerinden habersizdi. Tüm deney boyunca hiçbir şeyin olmadığını hissediyorlardı - sadece bir saat boyunca karanlık bir sessizlikte oturdular. Yine de, altındaki beyinleri çok çeşitli farklılıklar ortaya çıkardı. Bazı beyinler neredeyse hiç tepki göstermedi, bazıları ise manyetik alan kaymasından sonra normal boyutlarının yarısına kadar küçülen alfa dalgalarına sahipti.

Bu gizli tepkilerin insan davranış yetenekleri için ne anlama gelebileceği görülmemektedir. Zayıf ve güçlü beyin tepkileri seyir yeteneğindeki bazı bireysel farklılıkları yansıtıyor mu? Zayıf beyin yanıtları olanlar bir çeşit antrenmandan yararlanabilir mi? Güçlü beyin cevaplarına sahip olanlar, manyetik alanı gerçekten hissetmek için eğitilebilir mi?

Dünya kuvvetli manyetik alanlara verilen insan tepkisi şaşırtıcı görünebilir. Ancak hayvan atalarımızda manyetik duyumun kanıtı göz önüne alındığında, sistemin son parçasını tamamen kaybetmiş insanlar için daha şaşırtıcı olabilir. Şimdiye kadar, insanların bilinçaltı insan zihninde önceden bilinmeyen bir duyusal yetenek olan beyine sinyal gönderen çalışan manyetik sensörleri olduğuna dair kanıtlar bulduk. Manyetik mirasımızın tam boyutu keşfedilmeyi beklemektedir.

Shinsuke Shimojo, California Institute of Technology; Daw-An Wu, California Institute of Technology, and Joseph Kirschvink, California Institute of Technology

Bu makale, bir Creative Commons lisansı altında The Conversation’dan Türkçe’ye çevirilip yeniden yayınlanmaktadır. Orijinal makaleyi okuyun.