出品：科普中国
制作：张昊(大阪大学)
监制：中国科学院计算机网络信息中心
人们常常用"第六感"这个说法来形容在某些方面拥有的特殊直觉，比如影视作品中的第六感常常指对未来的预知能力，然而第六感的存在却从来没有得到过科学研究的证实。不过，在今年3月19日美日联合科研团队发布的一项关于人类感知地磁场能力的研究成果中却显示部分人可能拥有视觉、听觉、触觉、味觉以及嗅觉之外的第六感——磁觉。
这项成果在世界各国都引发了公众和媒体的兴趣，那么，地磁场到底是一个怎么样的存在？这项研究到底是如何实施的？结论科学性和可信度有多高？不少人天生路痴，这是不是因为他们感受地磁的能力偏弱？
地磁场，仍然充满未解之谜
通过对地球岩石的分析，科学家发现地磁场至少在35亿年之前就已经产生了，而整个地球的历史也不过46亿年。人类对地磁场的系统研究大约从大航海时代开始，欧洲殖民者在航海的同时也收集了世界各地的地磁场方向等数据，并加以收集整理。中国人的先民早在上千年前就注意到了地磁现象，并以此为依据发明了早期的罗盘。
描绘于大航海时代的世界地图，创作于16世纪，来源：公有领域
数据显示，地球表面的磁场分布与地球内部存在一根假想棒状磁铁的磁场分布类似。不过，棒状磁铁在数百摄氏度下加热后就会失去磁性，而地球内部温度又可能高达数千摄氏度。因此，人类很早就意识到地球磁场应当来自地球内部，且其产生原因很难用地心存在棒状磁铁加以说明。
20世纪中期，随着对地球内部结构了解的深入，科学家们提出了地磁产生的可能解释。我们知道，地球是由地壳、地幔、地核三部分构成的一个类似鸡蛋的球壳结构，其中的地核部分主要是由铁、镍等金属元素构成，且包括外地核和核内地核两部分。外地核以流体为主，而内地核以固体为主。
由金属元素构成的地核应该是电的良导体，一旦有电流从地核流过，就会产生伴生磁场，地表就可能感应到该磁场的存在。那么地核中为什么会存在电流呢？这与流体形态的外核关系非常密切，磁场中的导电流体可以产生电流。上面两个过程同时存在，并行发生。电流和磁场最初可能都很小，但经过不断地相互作用，两者间发生正向激励，令地磁场强度达到如今的水平。
地磁北极与地理北极之间存在交角，来源：见图
在地表附近，地磁场强度和方向依所处地点的不同而发生变化。强度方面呈现两极大，赤道小的特点，从方向上来看北半球磁感线进入地表，而南半球是从地表处射出。地磁强度较低的南美大陆中心附近约为25000nT，而澳大利亚下方的南极大陆海岸附近则可以达到65000nT。一天中地磁强度可能会有数十nT的波动，即便遭遇太阳风暴一类的极端事件，地磁强度的变化也不过数百nT而已。
地磁强度数值到底是一个怎样的概念呢？以生活中常见的磁疗按摩仪为例，其中放置的永久磁铁可以达到地磁强度的两千倍以上，而磁悬浮列车上应用的永磁体磁场强度可以达到地磁场的数十万倍。可见地磁场从强度而言确实是相当微弱的，我们在生活中对其完全没有感知也毫不奇怪。
一种可以感应地磁场的趋磁细菌及其体内的磁性晶体颗粒，来源：见图
能够感受地磁场的大脑只有大约30%
这项发布于国际期刊eNeuro的研究由日本东京大学和美国加州理工学院共同完成。研究人员利用特殊设计的笼形装置对地球磁场进行电磁屏蔽，并在此基础上模拟了一系列地磁场变化，以验证装置中志愿者的脑波信号对变化有何响应。
实验装置示意图，来源：参考文献1
这些志愿者来自不同国家，年龄分布从18岁到68岁，其中包括24名男性和12名女性。实验过程中，他们进入一个边长约为2米的房间，这个房间可以完全隔绝声音和光线。墙壁处布置的线圈可以模拟出地球磁场，并且还能对磁场的方向进行控制。在磁场发生变化的同时，布置在志愿者头部64个位置处的传感器可以记录志愿者的实时脑电波。
当感官发生作用时，我们会产生特殊的脑波，与此同时相应的大脑皮层也会有活跃迹象。例如受到视觉和听觉刺激后，相应的神经中枢会兴奋并产生可被探测的脑电波。科学家们很早之前就开始尝试对大脑感应磁信号的能力进行测量，但这些尝试都没有取得有说服力的结果。
动图，头部矢切面的核磁共振成像（MRI），来源：Dwayne Reed (talk)
这是因为科学家们始终还是按照之前的套路，尝试寻找到与磁性刺激相应的活跃脑区和特征脑波。不过很遗憾，目前我们还完全不清楚与磁觉对应的脑部特征反应。并且，磁性的特殊之处在于，对人脑施加磁场后，由于电和磁之间的相互作用，或多或少都会产生微弱的电流，这些微弱电流最后就会形成脑电波。根据参与研究的东京大学副教授真溪步的说法，即便是对尸体施加磁场，都可能会观察到脑电波。这种被动脑波与大脑产生的脑波将很难得到区分。
不过，日美科学家团队用巧妙的办法规避了上面的困境。这个办法的核心就是，既然不能获得绝对的信号，那么就尝试能否获得变化的信号。此外，既然不能找到有特异性的磁觉脑波，那么就尝试能不能找到磁场影响非特异性脑波的可能。事实证明，这一思路非常成功，而其中的关键就是对阿尔法脑波的利用。
阿尔法脑波是一种存在于人脑和很多动物脑中的，频率在8~13赫兹间的电信号。这种脑波没有太强的特异性，在放松、平静、闭眼但清醒的状态下占有更大比例，可以理解为是一种带有背景信号性质的脑波。当受到光、声等刺激时，阿尔法波会发生振幅减小的现象，可以认为是一种人体接受了某种刺激的间接证据。
研究人员将关注的焦点集中在阿尔法脑波上，同时，他们令笼形装置模拟出的地磁场不断变化。结果发现，36名志愿者中的4人，阿尔法脑波振幅发生了明显下降，最大幅度达到一半。同时，大约30%的人都出现了类似现象。这说明，人群中某些人的大脑对地磁场的变化会有一定响应。这种响应过程完全发生在无意识状态下，志愿者不会有任何其它异样的感受。
志愿者阿尔法脑波振幅减小（0s为磁场开始变化时间）
更加令人感到惊奇的是，只有当模拟地磁场的方向在一定范围内发生变化时，人脑才会对这种变化发生响应。具体来说，只有当磁场方向大约为60度倾角向下时，才能观察到明显的阿尔法波振幅减小。研究人员认为，这一倾角与北半球中纬度地区的实际情况接近，与志愿者日常生活的地区相一致。因此，他们的大脑可能会自动屏蔽相差极大的地磁场环境，而不对其做出反应。
日本著名"自杀胜地"——青木原树海，来源：见图
研究人员分析称，这种机制确实有其存在的意义，地磁场大幅变动在自然界中极为罕见，只有在雷电击中地面后的短暂时间内或者在地表存在分布范围极大的磁铁矿等情形中才可能产生地磁场方向反转或者大角度偏差一类现象。人脑倾向于将这种情况处理为"误报"，从而将其无视。
很多依靠地磁进行导航的动物身上也存在类似的机制，比如有研究表明，对候鸟施加强磁场干扰并没有影响其利用地磁进行导航的能力。这很可能是因为候鸟将强磁场自动处理为了误导信号而不予理会。
可以放心的是，这项研究跟你的路痴毫无关系
由于地球表面各处的地磁场方向和强度都有所区别，理论上来说，假如可以精确地探知周围的地磁场，就能在一定程度上了解自己所处的位置。利用地磁导航的候鸟就是利用这一机制的最好案例。不过，鉴于这次研究中任何一位志愿者都没有感受到了地磁变化的外在反应，脑波出现的可探知效应仅仅存在于无意识状态下。
真溪副教授在访谈中表示，自己目前还完全看不到这种效应本身能获得实际应用的可能性。指望拼命修炼然后进化出磁觉第六感的想法似乎根本不现实。不过，这次的实验在科学意义上却绝对值得重视和参考，与磁觉类似的所谓人类"第六感"研究，都可以在变化的条件下利用阿尔法脑波的振幅变化，来获得大脑对刺激发生响应的间接证据。
回到日常生活中，某些人确实比其他人更容易在陌生环境中迷路，但是这种现象与其说是客观存在，可能更多还是主观心理暗示。就算你属于人群中大脑对地磁场变化有所反应的那30%，利用这种微弱效应来导航也绝对不现实。而且，对于不少女生来说，总是找不到路很可能会增添几分萌妹子属性，也多了一个邀请小哥哥的正当理由。
参考文献
1. Transduction of the Geomagnetic Field as Evidenced from Alpha-band Activity in the Human Brain
2.http://karapaia.com/archives/52272315.html
3.https://www.fnn.jp/posts/00439111HDK
