Un esperimento ha dimostrato che il cervello umano, sia pure a livello inconscio, può rilevare l’orientamento del campo magnetico terrestre

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Gli esseri umani sono in grado di percepire un campo magnetico? I biologi sanno che molti altri animali lo fanno e pensano che sia un senso utile soprattutto agli animali migratori. Gli scienziati hanno cercato di capire se anche gli esseri umani appartengono alla lista delle specie magneticamente sensibili. Per decenni, c’è stato un susseguirsi di relazioni positive e insuccessi seguiti da polemiche apparentemente infinite.

I risultati contrastanti ottenuti sugli esseri umani potrebbero dipendere dal fatto che praticamente tutti gli studi precedenti si basavano sulle decisioni comportamentali dei partecipanti. Se gli esseri umani possiedono un senso magnetico, l’esperienza quotidiana suggerisce che sia molto debole o profondamente subconscio.

Queste deboli impressioni potrebbero facilmente essere interpretate in modo errato – o semplicemente mancare – quando si tenta di prendere decisioni.

Quindi il nostro gruppo di ricerca, tra cui un biologo geofisico, un neuroscienziato cognitivo e un neuroingegnere, ha scelto un altro approccio. Ciò che abbiamo trovato fornisce probabilmente la prima prova neuroscientifica concreta che gli esseri umani hanno una sensibilità geomagnetica.

Come funziona un senso geomagnetico biologico?

La vita sulla Terra è esposta al sempre presente campo geomagnetico del pianeta. (Nasky / Shutterstock)

(Nasky / Shutterstock)

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 100 volte più debole di quello di un magnete del frigorifero.

Negli ultimi 50 anni circa, gli scienziati hanno dimostrato che centinaia di organismi in quasi tutti i rami dei regni batterico, protistico e animale hanno la capacità di rilevare e rispondere a questo campo geomagnetico.

In alcuni animali – come le api da miele – le risposte comportamentali geomagnetiche sono forti quanto le risposte alla luce, all’odore o al tatto. I biologi hanno identificato forti risposte anche nei vertebrati, ad esempio tra i pesci, gli anfibi, i rettili, numerosi uccelli e una varietà diversificata di mammiferi tra cui balene, roditori, pipistrelli, mucche e cani, questi ultimi possono essere addestrati a 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 radicalmente cambiata dalla scoperta che le cellule viventi hanno la capacità di costruire nanocristalli della magnetite minerale ferromagnetica,fondamentalmente, piccoli magneti di ferro.

I cristalli biogenici di magnetite sono stati osservati per la prima volta nei denti di un gruppo di molluschi, successivamente nei batteri e poi in una varietà di altri organismi che vanno dai protisti fino ad animali come insetti, pesci e mammiferi, compresi i tessuti del cervello umano.

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

Manipolazione del campo magnetico

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. (Magnetic Field Laboratory, Caltech)

(Magnetic Field Laboratory, Caltech)

Sopra: 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.

Nel nostro nuovo studio, abbiamo chiesto a 34 partecipanti di sedersi nella nostra camera di test mentre registravamo l’attività elettrica nel cervello con l’elettroencefalogramma (EEG). La nostra gabbia di Faraday modificata includeva un insieme di bobine a 3 assi che ci permettevano di creare campi magnetici controllati di alta uniformità tramite la corrente elettrica che percorreva i suoi fili.

Dato che viviamo nell’emisfero nord, il campo magnetico ambientale nel nostro laboratorio scende verso il basso a nord di circa 60 gradi rispetto all’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.

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 corpo registrerà ancora segnali vestibolari sulla sua posizione nello spazio, insieme ai cambiamenti del campo magnetico. Al contrario, la nostra stimolazione sperimentale consisteva solo in uno spostamento del campo magnetico. Quando abbiamo spostato il campo magnetico nella camera, i nostri partecipanti non hanno provato nulla che fosse evidente.

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 dei soggetti impegnati nell’esperimento erano “preoccupati” per l’inaspettato cambiamento nella direzione del campo magnetico, e questo ha innescato la riduzione delle onde alfaIl fatto che abbiamo visto tali schemi alfa-ERD in risposta a semplici rotazioni magnetiche è una prova evidente per l’individuazione di una sensibilità magnetica umana.

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 sua forza è maggiore di circa il 25 per cento rispetto a quello a cui sono abituati. È possibile che questa tendenza sia il motivo per cui precedenti ricerche hanno avuto difficoltà a identificare questo senso magnetico – se avessero alzato la forza del campo magnetico per “aiutare” i soggetti a rilevarla, avrebbero invece garantito che il cervello dei soggetti l’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 distinguere nord da sud. Quest’ultima caratteristica esclude completamente il cosiddetto meccanismo della “bussola quantistica” o “criptocromo” che è molto popolare in questi giorni nella letteratura animale sulla magnetoricezione.

I nostri risultati sono coerenti solo con le cellule magnetocettori funzionali basate sull’ipotesi del magnetite biologico. Si noti che un sistema basato sulla magnetite può anche spiegare tutti gli effetti comportamentali negli uccelli che hanno promosso l’aumento 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. A loro sembrava che nulla fosse accaduto durante l’intero esperimento: erano solo rimasti seduti al buio e in silenzio per un’ora.

Il loro cervello, però, ha rivelato una vasta gamma di reazioni. Alcuni cervelli quasi non reagivano, mentre altri avevano onde alfa che si riducevano a metà delle loro dimensioni normali dopo uno spostamento del 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 orientamento? 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 al campo magnetico della Terra potrebbe sembrare sorprendente. Ma date le prove di cui disponiamo circa la sensibilità magnetica presente nei nostri antenati animali, potrebbe essere più sorprendente se gli umani avessero completamente perso ogni residuo di questa sensibilità.

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.

Shinsuke Shimojo , Gertrude Baltimore Professore di Psicologia Sperimentale, California Institute of Technology ; Daw-An Wu , California Institute of Technology e 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 l’articolo originale .