人類也有磁感嗎?

撰文|蘇建翰

在日常生活中,視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺幫助我們分別地去探索環境,組合起來建立起對這個世界的認識,並在周遭發生改變時得以作出適當的反應生存下去。除了人類身上常見的五感以外,其他生物也有一些不同的感知能力,比如蝙蝠能夠利用回聲來定位、鯊魚利用電覺來探知微弱電場的變化,在種種的感知能力中,較為人所知的還有候鳥遷徙所仰賴的磁感(magnetoreception)。

動物的磁感

想像一下你是剛破蛋而出的小海龜,掙脫蛋殼之後面對的便是一片未知的世界,經過一番努力地攀爬總算進入大海的懷抱之中。剛剛入水的時候,還能感受到海浪的推擠,這時從環境中的光線變化、海浪前進的方向或許還能推斷出自己前進的方向為何,但是當你離岸得越遠,下潛到更深處或是進入到洋流之中時,不僅周遭光線變得微弱,海流方向也不固定,茫茫大海裡這時候要怎麼判斷方向呢?

圖一 地球磁力線模擬,從地核經南半球伸出(橘色),後經北半球伸入地核(藍色)(來源: wiki)

我們的地球就像是一根大磁鐵一樣,外圍包覆著從內部延伸出來的地磁場,雖然基本上方向都是由南往北,但是不同位置的地磁場在大小和方向還是略有差異,這個由地球內部的地核中液態和對流產生的磁場保護著我們賴以維生的大氣層免受太陽風的侵蝕。人類以外的生物當然是難以理解這些,但提到利用磁場來幫助生存,除了候鳥和海龜,大至鯨魚,小如細菌,我們可就得要向許多大師俯首稱臣了。

磁感如何產生

磁感是如何產生的呢?一種理論是,磁感來自於身體中微小的磁鐵礦(magnetite),這些磁性物質能和環境中的磁場產生互動,目前在擁有磁感的龍蝦、海龜、家鴿等身上都有發現這些磁性物質的存在;另有一說則認為在許多具有遷徙習性的鳥類眼睛中發現的隱花色素(cryptochrome)是關鍵因子。

主導自然界磁感形成的機制為何還是個待解的問題,對於人類來說,磁感這種感知能力有些虛無飄渺,我們每天都生活在磁場裡,但這些磁場就像鬼魅一般只是無聲無息地通過身體,即使先前的研究指出磁性物質、隱花色素等線索,究竟要從哪些器官組織或者特定的細胞著手進行研究,對於科學家來說都是未知的,只能一再提出假設和嘗試驗證。

如何觀察人類的磁感

早前科學家在研究鳥類的磁感時,曾經利用遷徙季節時籠子內鳥類跳躍足跡的方向來觀察,不過如果利用外部行為來觀察人類的磁感,容易受到注意力、意志力等不可控制的因素影響。另外,受惠於近年來的生理學研究發現,三叉神經被認為是部分魚類、鳥類以及囓齒動物磁覺受器所接受到的磁場訊號彙整到腦部的途徑,這一神經掌管著許多意識所無法察覺、控制的身體機能,如果人類真的擁有磁感受器且處理磁場資訊的機制和其他生物相同,那麼我們的磁感大概也是在潛意識或者對意識察覺來說相當微弱的範圍下來運作的。有鑑於此,科學家們決定從腦波裡的頻率8到13赫茲,作為意識與潛意識橋樑的alpha波活動開始進行觀察。

圖二 實驗設置的部分示意圖 (A) 外部結構 (B) 戴有腦波測量器的受試者 (C) 線圈組的設計,透過兩組線圈控制磁場的開與關。(來源: [3])

研究團隊打造了一個特別的正方體空間,在外殼上三個互相垂直的方向上各有線圈組,透過控制這些線圈的電流,可以進而控制不同方向上磁場分量的大小,組合出實驗設計所需要的磁場。在實驗之中,為了盡可能隔絕不必要的干擾,實驗室的最外層會包覆鋁製外殼,利用金屬導體的特性阻絕外部電磁場的干擾,也安裝隔音板隔絕外界的噪音,本就關閉光源的環境中受試者還會被要求閉上眼睛進行實驗。

Alpha波活動會受環境磁場變化影響

人工產生的磁場在實驗開始時會被設計成和當地的地磁場大小方向相近(在北半球,對於朝向北方坐定的受試者而言,地磁場垂直方向指向前方地面),實驗結果發現,當外加磁場由指向東北向左轉向西北時,alpha波活動的強度會降低四分之一左右,超過正常變化的幅度,這個現象指出,腦波中的alpha波會因周遭磁場變化而產生改變,在我們的意識不可及的地方,或許真的有磁感在運作著。

然而,假若初始人工磁場的垂直分量被設計成指向天花板(相近於南半球的地磁場),或者轉動的方向由向左改為向右,就無法在腦波中觀察到前述的現象,另外,如果大腦真的能夠察覺到磁場的變化,這些接收到的磁場資訊用途為何也還是個謎。伴隨著前述發現的,是接踵而來的更多疑惑,留待未來的研究去揭開答案的面紗。

 

參考資料:
[1] We Don't Know: Magnetoreception (https://youtu.be/tdXb_4EkYtU)
[2] People may indeed have a sixth sense — for magnetism (https://www.sciencenewsforstudents.org/article/people-sense-magnetic-fields-brain-wave-study)
[3] C.X. Wang et al. “Transduction of the geomagnetic field as evidenced from alpha-band activity in the human brain.” eNeuro. doi:10.1523/ENEURO.0483-18.2019.

 

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