利维坦按：2014年，美国海军研究办公室（Office of Naval Research）展开了花费385万美元、为期四年的科研项目：研究人类的第六感【蜘蛛侠感（Spidey sense）】，即人类预感与直觉背后的形成机制。据五角大楼的说法，这一项目的启动源于2006年伊拉克战争中，美军一名军官凭借直觉成功预判到了附近的一个简易爆炸装置，从而避免了意外的人员伤亡（这听起来很容易让人联想到乔治·克鲁尼主演的电影《以眼杀人》……）。
《以眼杀人》中，可怜的羊被活活瞪死了……
当然，本文可绝对没有电影中超能力描写得那么扯，而是很严肃的科学实验。我们都知道鸟类、鱼依靠磁感应做出迁徙行为，为何我们人类貌似已经丧失了这种感应能力了呢？
文/Eric Hand
译/乔琦
校对/斩光
原文/www.sciencemag.org/news/2016/06/maverick-scientist-thinks-he-has-discovered-magnetic-sixth-sense-humans
本文基于创作共同协议（BY-NC），由乔琦在利维坦发布
德国和捷克科学家在研究红狐捕猎行为时发现，红狐的地磁感应可以辅助其成功捕到猎物（身体倾向于大致朝向东北方向来捕猎）。图源：phys.org
鸟类能感应到磁场，蜜蜂也能感应到磁场，那么，这个身穿连帽衫、站在此处的人类被试能够感应到磁场吗？乔·科什维克（Joe Kirschvink）立志要查明真相。在过去的几十年里，他已经证明了，动物王国里的那些小动物如何利用磁感应能力（或者说对地磁场的感应）导航。如今，这位身处帕萨迪纳市加州理工大学的地球物理学家正在对人类展开相关测试，以期查明究竟人类是否也有这种潜在的第六感。科什维克本人确信我们有这种能力，但他必须用实验证据说话。
他拿出了自己的苹果手机，在来自东京大学的神经工程研究生松井贵佑（Keisuke Matsuda）面前晃了晃——10月的这一天，他就是科什维克的小白鼠。手机里有一个磁强计App，可以探测到松井身上的磁性粉尘——以及其他任何隐匿的会影响到实验准确性的磁性物质。“我要确保没人作弊，”科什维克打趣地说。
他们的实验室位于学校的地下二层，是一间拥有磁屏蔽墙的无尘室。角落里，一台液氦泵正在运转，发出轻微的嘶嘶声，冷却一些科什维克用来探测各类微小磁场（从鸟嘴上的到火星陨石里的）的超导装置。实验台上躺着几把刀——均为陶瓷制并且浸泡在酸液中，目的是为了消除磁污染。为了寻找人体中的磁性粒子，科什维克用这几把刀将人类大脑切片。松井看上去有些紧张，但他倒是不会成为科什维克的“刀下亡魂”。一名技术员用注射器穿透松井头上那插满电极的实验帽，将一些电解质凝胶注射到他的头皮上。按照实验计划，松井的大脑将暴露在电线圈阵列产生的特定磁场之下，与此同时，一台脑电图机器将会记录下他的脑电波。
不列颠哥伦比亚省弗雷泽河的红鲑鱼同样会依靠磁感应来决定它们的洄游。图源：Current Biology
在20世纪的大多数时间里，磁感应能力的研究似乎就和占卜术、心灵感应的研究一样，令人敬而远之。不过，时至今日，大家都已接受了这个事实：许多动物都能随心所欲地感应到在我们看来十分微弱的地磁场。在这份能够利用地磁场的动物榜单中，鸟类、鱼类以及其他有迁徙行为的动物占了绝大多数。在它们的环球旅行途中，身体里内置一个靠谱的指南针，确实意义重大。
来自德国和捷克的12名科学家在两年内观察了37只犬种，在汇总了在1893次排便和5582次排尿后发现，狗在大小便时，会依靠磁场让自己保持朝南或朝北的姿态。图源：Amina Khan/Los Angeles Times
近年来，研究者还发现，一些不需要大规模迁徙的动物也有这种感知磁场的能力，比如，龙虾、蠕虫、蜗牛、青蛙、蝾螈等。而哺乳动物似乎同样对地磁场有反应：实验表明，林鼠和鼹鼠会利用地磁磁力线安家；牛和鹿在吃草时也会沿磁力线调整自己的身体；狗在大小便时，会依靠磁场让自己保持朝南或朝北的姿态。
（jeb.biologists.org/content/219/12/1827）
磁场大师
地磁场的成因在于地球的液态外核，它与偏轴条形磁铁产生的磁场类似。地磁场其实很微弱，强度大约是25微特斯拉（赤道附近）到60微特斯拉（两极附近）——磁共振成像（fMRI）时的磁场强度是其10万倍以上。某些动物，比如鸟类，主要靠感知地磁磁力线及其倾角来导航。还有一些动物，比如海龟，则能全方位地感知地磁场。它们似乎还能感应到地壳上的磁性岩石对地磁强度的细微改变。图源：G. GRUILLON/SCIENCE
有关磁感应能力的科学证据越来越多了，它们中的大部分都与动物行为有关。例如，这些证据有许多都源于对动物行动模式的考察。还有很多有关磁感应能力的科学证据，则基于那些证明了磁场的扰乱和改变能够影响动物习性的测试。科学家们知道动物可以感知地磁场，但他们还没能深入了解到细胞层面和神经层面。
“这项研究的前沿在生物学领域——大脑究竟是怎么利用有关磁场的这些信息的？”得克萨斯州休斯顿市贝勒医学院神经生物学教授，大卫·迪克曼（David Dickman）说道。2012年，他在《科学》（Science）期刊上发表了一篇论文。该论文证明了，鸽子内耳中的某些特定神经元确实与感知磁场有关，它们会对磁场的方向、极性以及强度产生回应。
（science.sciencemag.org/content/336/6084/1054）
图源：Tumblr
要想找到那些能够激活此类神经元的磁感应受体无异于大海捞针。每时每刻，磁场都在以不可见的方式，横扫你的整个身躯，根本没有明显的感应器官留待你去细细研究。“负责感应磁场的接收器可能位于身体的任何部位，比如你的左脚脚趾，”科什维克说。
目前，科学家们已经就这个问题形成了两种截然相反的观点。一种观点认为，磁场会触发名为隐花色素（cryptochrome）的蛋白质的量子化学反应。隐花色素是存在于视网膜中的一种蛋白质，但目前我们还不清楚，它是如何控制神经回路的。另一种观点则认为，动物磁受体细胞之中存在着许多微小磁针，而这些受体细胞要么位于动物鼻子后面的三叉神经附近，要么位于动物内耳中。持这种观点的科学家认为，这些小磁针由称作“磁铁石”的强磁性铁矿物质构成，能够以某种方式开关神经通路。科什维克支持第二种观点。
（www.sciencemag.org/news/2016/06/what-and-where-are-body-s-magnetometers）
人类身上也发现了相同的候选磁感应受体，所以，是否我们也有感知磁场的能力？“也许，我们是在走向文明的过程中逐渐丧失了这种能力，”德国奥尔登堡大学生物物理学家迈克尔·温克霍费尔（Michael Winklhofer）说。要么就像科什维克想的那样，我们身上的这些磁感应器官可能退化了，就好比鸵鸟的翅膀。
科什维克是测量岩石剩余磁场的专家。通过这项工作可以确定，百万年甚至数十亿年前，岩石形成时所处的地理纬度，以及其自古至今的地质漂移路线。科什维克在经年累月的工作中形成了一些宏大而又富有影响力的想法。1992年，他整理了6亿5千万年前冰川几乎覆盖整个地球的相关证据，并且还提出，后来“雪球地球”（科什维克自己发明的一个词，用以说明当时的地球几乎全部是雪与冰）上的冰川逐渐融化，为5亿4千万年前的寒武纪生命大爆发提供了条件。
1997年，他又对与寒武纪生命大爆发同一时期的大陆板块漂移速度过快这一问题作出了十分大胆且令人眼前一亮的解释：他认为，当时，地球的地转轴偏转了整整90度。这场突如其来的地质学大事件使全球气候发生了剧变，而气候剧变也同样是寒武纪生命大爆发的一大重要推手。此外，在20世纪90年代及21世纪头十年里，有一群科学家认为，火星陨石“艾伦丘陵84001”（Allan Hills 84001）上携带的磁晶体，正是这个红色星球上曾经存在生命的化石证据。而科什维克正是这群科学家中的佼佼者。尽管“艾伦丘陵84001”陨石的重要性尚存争议，但磁性化石可能是生命存在的标志这一想法，如今已成为全球研究中的一个活跃领域。
火星陨石“艾伦丘陵84001”。图源：wikipedia
“他乐于提出激进的学说，对可能存在的巨大风险毫无畏惧，”北卡罗来纳大学教堂山分校研究龙虾以及海龟的磁感应能力的神经生物学家肯尼斯·罗曼（Kenneth Lohmann）说，“他说对了很多事，但也同样说错了很多事。”
“这是我们人类地球生命进化历史的一部分。感应磁场的能力也许就是我们与生俱来的第六感。”
——乔·科什维克，帕萨迪纳加州理工学院地球物理学家
为了寻找能够支持他这个假说的证据，科什维克在世界各地搜罗岩石：南非、中国、摩洛哥、澳大利亚等。不过，能够让他始终保持热情的，还是在他那间地下二层无窗的实验室内寻找动物以及人类身上的磁感应物质。科什维克对这项研究的热情究竟有多高，看看他长子的名字就知道了。他的长子生于1984年，当时科什维克和妻子——日本结构生物学家小林明子（Atsuko Kobayashi）——发表了一篇在黄鳍金枪鱼鼻窦组织中发现磁性物质的论文。在科什维克建议下，他们给长子取名Jiseki，意为磁石、磁铁。
现年62岁的科什维克从没有将地质学与生物学割裂看待。他记得，那是1972年的一天，他还是个加州理工的本科生，当时他就意识到这两者是紧密交织、密不可分的。那天，教授手上拿着一片石鳖（一种软体动物）的舌形板，然后用一块条形磁铁吸着它前进。石鳖的牙齿上都覆盖着小磁石。“当时，我惊呆了，”科什维克回忆道，那块舌形板现在就在他桌上，保存得好好的，“一般来说，地质学家通常在火成岩中寻找和发现磁石。在动物身上找到这种物质，在生物化学这个领域内可以说是非比寻常。”
多年来，科学家们始终认为，石鳖之所以进化出了在身体内合成磁石的能力，仅仅是因为这些坚硬的矿物质能够让它们的牙齿更健康、更强大。不过，1975年，在马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所工作的理查德·布莱克莫尔（Richard Blakemore）提出，在某些细菌体内，磁石就是磁感受器。
（www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/170679）
图源：Bill Guerin Ceramics
在研究科德角沼泽泥细菌的过程中，布莱克莫尔发现，当他在玻璃载片附近移动磁铁时，这些细菌会朝着磁铁冲过来。凑近些观察，他还发现，这些微生物体内携带着磁晶体锁链，后者迫使细胞沿着地磁场磁感线排列（在马塞诸塞州，地磁磁感线以70°的角度指向地面，朝向北极）。许多细菌都会利用一种名为“跌跑”（tumble and run）的运动方式，在氧气与营养物质之间无规律地寻找一种平衡状态。但是，布莱克莫尔研究的细菌就像漂浮的小磁针一样，知晓自己究竟是在泥土中向上运动还是向下运动。它们可以更有效率地在这种环境下移动，并且一旦泥土受到了扰动，它们就会迅速下潜，往深处走。
到目前为止，这种细菌身上的磁场感受体，仍旧是科学家能够准确定位和研究的唯一案例。对科什维克来说，它们的存在表明，生物对磁场的感应古已有之，其诞生之日甚至可能早于地球上第一批真核生物出现的时间。科学家认为，近20亿年前，宿主细胞捕获了独立存在的细菌，后者进而形成了为整个细胞供能的线粒体，这才有了真核生物。“我觉得，原初线粒体其实就是磁性细菌，”科什维克如是说。如果他所言不虚，那就意味着所有的真核生物都有感应磁场的潜能。
读完布莱克莫尔相关工作的文献后，科什维克很好奇，南半球的磁性细菌会朝哪个方向移动呢？会像马塞诸塞州那些微生物一样朝北吗？还是会朝向它们自己所接近的那一极，也就是朝南？又或者是朝向别的方向？为了寻找与布莱克莫尔研究对象对应的南半球微生物，科什维克特地飞往澳大利亚。在堪培拉附近的一处污水处理池内，有许多合适的研究对象。“我只带了磁铁和放大镜过去，”他说，“那地方到处都是磁性细菌。”观察结果确定无误地表明，南半球的这些生物朝着南极移动。它们进化出了能够搜寻南极的磁晶体链。
当时，科什维克是普林斯顿大学博士后，与生物学家詹姆斯·古尔德（James Gould）一起工作。他还在沿着动物食物链向上搜寻磁感应体。1978年，他和古尔德在蜜蜂的腹部找到了磁性物质。之后，他们又于1979年在鸽子的头部找到了磁性物质。科什维克不知道的是，当时在大西洋彼岸，有一个年轻人，超凡卓绝的英国曼彻斯特大学生物学家罗宾·贝克（Robin Baker）已经把研究生物磁感应能力的目光投向了体型更大、更为高级的动物：人类，更准确地说，是英国学生。
在一系列实验中，他从一个所谓的“起点”处，将一些蒙着眼睛的学生带上了一辆“雷诺-夏尔巴人”面包车，接着载着他们七弯八绕地开进了乡下，最后询问他们起点处在哪个方向。在1980年《科学》期刊上的一篇文章中，贝克指出了这项研究结果的一些神奇之处：“学生们几乎总能指对起点的大致方向。但是，当在他们戴的眼罩松紧带内装上条形磁铁时，他们的表现就差了许多。然而，那些松紧带内装着黄铜棒的对照组学生则仍旧保有这种疑似感应磁场的能力。”
（www.nature.com/articles/291152a0）
图源：Robin Baker
在后来开展的变体实验中，贝克声称，在“徒步”实验和“椅子”实验里都发现了人类有感知磁场的能力。前者的实验过程是，研究人员领着蒙着眼的被试七弯八绕地走上一段路，再让他们指出起点的方向。而后者的实验过程则是，让被试坐在椅子上转圈，之后再让他们辨明基本方向。贝克还把他的某些实验搬上了电视荧幕，并且在将部分实验结果提交图书及主流科研期刊进行同行评审之前就公之于众——这种天才般的作秀手段实实在在地得罪了其他学者。
在一封邮件中，贝克声称，他的美国同行们普遍对其怀有“敌意”。科什维克和古尔德就是质疑大军中的一员。1981年，当贝克在美国东北部的几所大学作巡回再现实验时，他们便邀请贝克到普林斯顿大学来现场进行实验。然而，无论是在普林斯顿还是其他大学，贝克的再现实验都失败了。1983年，贝克又在发表在《自然》上的一篇论文中声称，人类窦骨带有磁性。科什维克随后证明，贝克会得出这个实验结果是因为实验中没有剔除外界干扰因素。1985年，科什维克想要重复贝克的椅子实验，但结果失败了。
（www.nature.com/articles/301078a0）
尽管曼彻斯特大学的相关实验为探寻人类磁感应能力蒙上了一层阴影，但科什维克悄无声息地接过了贝克手中的接力棒，30年来，一直在大西洋另一侧开展人类磁场感应实验。他孜孜不倦地让学生们签订实验协议并给他们带上带有电磁线圈的金属手套。“让人恼火的是，虽然我们的实验结果不坏，”他说，“但是，我们总是无法重复它们。”
通过磁感应，鸟类迁徙数千英里，以避免寒冷的冬季气温。图源：Wikimedia
现在，拥有了人类前沿科学计划的90万美元资金支持，科什维克，加州理工学院心理物理学家、脑电图专家下条信辅（Shinsuke Shimojo）以及东京大学神经工程师间谷日（Ayumu Matani），正在尽自己最大的努力检验贝克的论断。
曾经的对手现在却领衔了人类磁感应能力的研究，贝克觉得有些讽刺。“乔很有可能是最有条件做这项研究的，”他写道。至于他是否仍认为他的实验结果指出了某些真相，贝克说，他的脑海中“没有一丝一毫的怀疑：人体确实能够探测并且利用地磁场”。
重头戏
研究人员让被试进入一个黑暗的金属笼中，再对整个笼子施加磁场，以此来测试人体是否有潜在的磁第六感。图源：C. BICKEL/SCIENCE
科什维克磁学实验室的隔壁就是他测试人类被试的房间。房间里摆着个四周都是薄铝板的笼子，也就是我们熟知的法拉第笼，大小刚好能够容纳一个人。这个笼子的作用是为了屏蔽外界的电磁干扰——比如电脑、电梯，甚至广播电台发出的电磁波——这些都有可能干扰实验。“法拉第笼很重要，是我们这个实验的关键，”科什维克说，“直到最近几年，这个该死的法拉第屏蔽罩安置进来之后，我们才能更好地开展试验。以前光是消除外界干扰就要大费周折，现在只要等上一分钟就好了。”
之前，温克霍费尔在奥尔登堡大学的同事亨里克·莫里岑（Henrik Mouritsen）进行的一项实验表明，外界的电磁干扰会导致欧亚鸲不能正确判断磁场方向。之后，科什维克便引入了这个法拉第笼。杂散电磁场很有可能会影响可能存在的任何人体“罗盘”，科什维克说，并且当它和调频广播电台发出的电磁波频带重合时，干扰效应最为强烈。这就解释了为什么贝克的实验能够在曼彻斯特大学取得成功，在美国东北部却屡遭失败——当时，曼彻斯特还没有功率强大的调频广播站，但美国东北部有。
（www.nature.com/news/electronics-noise-disorients-migratory-birds-1.15176）
在当前的实验设置下，法拉第笼里内衬着许多装有名为梅里特线圈的方形线圈。当线圈内有电流通过时，法拉第笼的中央就会产生一个均匀磁场。这些梅里特线圈按照三个互相垂直的方向排布，这样，实验员便能控制磁场的方向。笼内还有一把木质椅子，其不得不使用金属的部分也都用了没有磁性的材料：支架用了铝合金，螺钉螺帽用了黄铜。椅子上面挂着一件磁通门磁强计，用以检测笼内磁场强度。
科什维克、下条和间谷的想法是，在法拉第笼内制造一个强度与地磁场相仿的旋转磁场，然后再去检测记录被试大脑反应的脑电图图像。虽然这么做无法确定人体内可能存在的磁场感受器究竟在哪儿，但已经足够认证人究竟是否有磁第六感，且不用去理会那些经常出现的模棱两可、会干扰判断的人类行为。“这主意真是太棒了，”温克霍费尔说，“我很奇怪，为什么之前没人尝试过。”
头戴脑电图感应帽的乔·科什维克。他是自己设计的磁感应测试的第一位被试。图源：SPENCER LOWELL
实验开始于2014年年末。科什维克本人是“人类被试1号”。而“人类被试19号”则是从间谷实验室借调来的松井贵佑。间谷实验室位于东京，是模仿科什维克实验室搭建的，实验环境也相仿，当时正在重复科什维克的实验。松井先是签了一个协议书，随后便由一名技术员接进法拉第笼内，后者手里还拖着长长的脑电图扫描仪电线。那些电线就像新娘婚纱后面拖着的裙裾一样。“我们可以开始了吗？”技术员插上电极后问道。松井坚决地点了点头。“好的，那我把笼子关上了。”说完，技术员便放下了铝合金翻门，关了灯，关了门。法拉第笼内只剩下科什维克那带着鼻音的刺耳嗓音。“别睡着了，”他说。
松井会在笼内彻头彻尾的黑暗中待上整整一个小时。与此同时，一套自动运行的程序会完成全部8项测试。在半数测试中，人造磁场的强度大致相当于地磁场缓慢地在被试头部周围旋转。而在另一半测试中，梅里特线圈产生的磁场会被撤走，这样，笼内起作用的就只剩下了天然的地磁场。至于哪些测试用上人造磁场，哪些不用，完全是随机的，目的是不让实验人员和被试知道究竟哪个是哪个。
图源：Theoretical and Computational Biophysics Group
每隔几年，英国皇家导航学会就会召开会议，召集动物导航研究领域内的几乎所有研究人员。过去，会议的重点总是有关利用太阳、月亮或是别的星星导航——也有重点讨论利用声音和气味导航的。然而，2016年4月在伦敦大学皇家霍洛威学院召开的这届大会则全是讨论磁感应能力的。
会上，研究者给出了蟑螂和箭毒蛙拥有磁感应能力的证据。英国牛津大学物理化学家彼得·霍尔（Peter Hore）为他的工作作了报告：证明隐花色素系统的量子行为可以让该系统对磁场的感应比实验室实验预测的还要精准。北京大学生物物理学家谢灿则提出了颇具争议的论断：他在果蝇视网膜中发现了一种磁铁结构的复合物，其周围包裹着隐花色素蛋白质。他认为，那就是我们一直在寻找的磁感应受体。
随后，在学会第一天的最后一场讲座中，科什维克走上讲台，公布了可能是最有爆炸性的新闻。尽管实验样本还很小——只有24名人类被试——但他的地下室设备产生了一个前后一致的、可以重复做出来的实验结果。当人造磁场逆时针旋转时——相当于被试看向右侧——被试大脑发出的α波显著减少。在脑电图图像中，α波的减少意味着大脑正在处理信息：由于实验的唯一变量就是磁场，那也就是说，磁场激活了某一群神经元。神经元反应有几百毫秒的延迟，科什维克认为，这种程度的延迟恰恰是大脑对磁场给出的积极回应。磁场也同样有可能在大脑中诱发电流，而这种电流也会产生类似的脑电波图像——但如果是这样的话，这种变化应当立即出现，没有任何延迟。
当科什维克变磁场方向为向下，指向地板时（相当于被试抬头往上看），他也发现了脑电图上的一个类似变化。虽然科什维克将这归结为人类体内磁性罗盘的极性所致，但他其实不明白为什么当磁场方向朝下或是逆时针时，α波才会发生变化，而不是磁场朝上或是顺时针方向呢？“我的演讲效果‘非常’棒，”在之后的一封邮件里，科什维克喜气洋洋地写道，“搞定了。我们人类体内确有一直工作的磁感应受体。”
与会的其他学者则对此抱有谨慎乐观的态度：若果真如此，那确实很令人惊喜。“这不是那种在短短12分钟演讲里就可以确认的东西，”罗曼说。“细节总是最难处理的，”霍尔表示，“乔很聪明，做实验也很细致。他要是对自己的实验结果没有十足的把握的话，是不会在导航学会这样的场合发表结果的。在这个领域，可不是每个科学家都能得到这种评价的。”
两个月后，也就是2016年6月，科什维克前往日本，和间谷的实验小组一起处理数据、分析两地实验中的不同之处。“那感觉就像是爱丽丝梦游奇境记里，进到兔子洞时的场景，”科什维克说。间谷的实验布置与科什维克类似，但他的法拉第笼和梅里特线圈都要小得多——只够容纳被试的头部，因此，被试必须躺着把头伸进笼子。然而，这个实验小组也同样开始看到能够重复做出的脑电图成像变化。“这个实验绝对可以重复做出，哪怕这是在东京，”科什维克说，“研究人体磁场的大门正在打开。”
科什维克毕生的追求似乎终于修成正果，但又好像仅仅还只是一个开头。新西兰的一位同行表示，他准备在南半球重复科什维克的实验，而科什维克本人则想要更多资金来建造可移动法拉第笼，这样他就可以把这个实验搬到磁赤道上去了。还有论文要写，还有新被试要去招募。正如贝克的实验结果在经受了多年的学术圈研究后重新焕发活力一样，科什维克知道，要想让他的观点被广泛接受，还有很长、很艰难的一段路要走。
不过，此刻，他确实想要证明——或者说一劳永逸地证明——真的有东西连接着口袋里的苹果手机（这个由电磁定律驱动且定义了现代生活的设备）与他体内深深埋藏着的本能以及这个世界的生命之树。“这是我们地球生命进化历史的一部分。感应磁场的能力也许就是我们与生俱来的第六感。”
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