文章以磁感应现象开篇,指出候鸟与海龟能利用地球磁场导航,这种能力被称为“磁感受”(magnetoreception),并举出多种生物实例:
磁性细菌通过体内磁铁矿链条实现导航;陆生植物的生长与萌发会受微弱磁场影响;蜜蜂腹部含有磁铁矿,能依磁场定向;美洲蟑螂在特定射频下行为紊乱;果蝇依赖隐花色素在蓝光下识别磁方向;帝王蝶利用磁感应与时间补偿完成迁徙;红海龟幼体能在人工线圈磁场中定向;鲤鱼在池塘中自然排列南北;鲨鱼与鳐鱼借洛伦兹壶腹感知电磁场捕猎;蝌蚪的取向与视觉系统的磁感耦合;箱龟在磁场被扰动时失去归巢能力;小鸡能靠磁罗盘找到社交奖励;信鸽在头部磁场改变时偏离航向;盲鼹鼠在地下拥有独立于光的磁罗盘;牛与鹿的放牧队形在全球范围呈南北朝向;家犬在平静磁场下排泄姿势会对准南北;人类的 α 波脑电在地球磁场旋转时出现方向特异反应。
作者指出,进化似乎“钟爱”磁场感知,因为拥有方向感有利于生存,而这种感应方式几乎在所有生命中都能找到,包括人类。
接着文章谈到,科学家已确认人类确实能感知磁场。2019 年,加州理工学院研究人员让志愿者进入屏蔽地磁的房间,内部有可控制磁场的大型发生器,并用脑电图(EEG)监测大脑活动。结果显示,部分受试者在磁场变化时出现明显脑电反应。
作者由此提出疑问:既然人脑能对磁场变化作出反应,却并未自觉意识到,那是否可能影响情绪?甚至调侃说,也许不该太轻视占星术——毕竟月球引力确实能影响地球磁层。
随后转入“生物磁学”(biomagnetism)的定义:即“由生物体产生的磁场现象”。文章列举多种能产生磁场的生物实例,如:弱电鱼的电器官会产生脉冲电流并形成可检测的纳特斯拉级磁场;蚯蚓的神经动作电位能被磁共振光谱检测到;小龙虾巨轴突的电流能生成 10⁻¹⁰ 至 10⁻⁹ 特斯拉的磁场;青蛙坐骨神经动作电位能产生皮可特斯拉级磁场;豚鼠的离体心脏可被磁心电图检测;猫的听觉皮层磁场可由脑磁图测得;猕猴的触觉与听觉反应也可用 MEG 映射;兔子的麻醉状态下大脑去极化过程能被 SQUID 磁仪探测;人类体内可常规测得心磁、脑磁、肌磁与神经磁信号。
作者解释道:人体依靠电信号运行,因此自然也会产生磁场。而令人着迷的是——我们既能检测磁场,又能制造磁场。
接着介绍脑磁图(MEG,Magnetoencephalography)技术——一种通过测量大脑内电流产生的磁场来绘制脑活动图像的功能性神经成像方法。文中指出,Meta 公司的研究人员利用 MEG 成功将人脑磁场解码为图像和文字。作者调侃说:“谁还记得我们在 2023 年就已经成功读取人类思想?”
研究人员通过在公开的 MEG 数据集上训练模型,然后用这些模型解码实验参与者的脑活动。论文中写道:“总体而言,我们的结果显示,MEG 可以以毫秒级精度解读大脑中复杂表征的生成过程。”
作者感叹,这意味着我们能从磁场中读取大脑的“高保真”思维信息。也就是说,大脑的磁场就像是一种能以毫秒级精度实时反映脑状态的输出信号。于是提出新的问题:既然人类能感知磁场,也能生成磁场,那大脑是否可能“读取”自身的磁场?进化怎么会放过这样一个可用来感知自身状态的“无线摘要”系统?这或许正是哲学与神经科学长期未解的“绑定问题”(binding problem)的答案。
接着文章引出“磁铁矿生物成矿”(magnetite biomineralization)的科学机制:这是一种由基因控制的生化过程,生物体可制造出完美的铁磁晶体,通常为单磁畴结构。这一机制早在 20 亿年前的磁性细菌中就已进化出来,并可能被更高等生物(包括人类)所继承。换言之——人脑中确实存在由自身生成的铁磁晶体,这是已被确立的科学事实。
不过作者也提醒不要过于兴奋——地球磁场的强度要比大脑磁场强 5000 万到 5 亿倍。因此,虽然这些晶体能检测地球磁场,但是否能感知大脑自身的微弱磁场仍是疑问。作者给出的答案是:“完全有可能。”
这些铁磁晶体的尺寸恰好处于能与特定脑波频谱(即神经振荡)发生共振的范围。这种称为“随机共振”的现象在数学上可在大脑中实现,能让这些微晶体在局部区域抵消地球磁场,从而感应到更微弱的自体磁场。
于是作者总结出三个条件:
- 人脑的磁场可以被读取并提取出清晰的思想内容;
- 大脑自身制造的铁磁晶体恰好尺寸合适,可与这种磁场互动;
- 这暗示着大脑可能拥有读取和调节自我磁场的潜能。
接下来的部分题为“万物皆计算”。作者提出假设:如果这些晶体能“读取”磁场,那么它们也可能“写入”磁场,因为神经化学作用可以比磁场本身更容易地影响这些晶体。也就是说,大脑或许可以通过这些“生物磁铁”自我调节。
他进一步推想:大脑的磁场代表了当下思维的全局状态,是对神经元活动的即时压缩信号,延迟几乎为零,只受光速限制。而大脑可能利用这种“类比压缩”来整合庞大的信息,使之成为可用于决策的全局输入。
但如果大脑能“读取”,就必须也能“写入”。作者于是引入一个关键的生理结构——蓝斑核(locus coeruleus,意为“蓝点”)。这是一处位于脑干中心的小区域,负责合成去甲肾上腺素(norepinephrine),调节大脑的警觉、专注与可塑性。蓝斑核的投射范围极广,从脊髓、脑干、小脑、下丘脑到皮层几乎无所不及。该系统影响觉醒、记忆、情绪、创造力、决策、压力反应、身体平衡及预测误差等多种功能。作者指出,这个系统几乎就是一个“全局写入机制”。
文章接着构建了一个假设性循环模型:
- 大脑产生特定结构的磁场模式;
- 铁磁晶体感应该模式并触发神经元放电(部分信号传递至蓝斑核系统);
- 蓝斑核根据输入(如危险、奖励、重大决策)释放一阵去甲肾上腺素;
- 这种化学物质全球性地改变神经化学环境,进而影响晶体与磁场的交互方式;
- 大脑得以基于全局状态自我优化。
在“意识这一比预期简单的问题”部分,作者提出意识也许正是这种压缩机制的产物——“感觉到的”意识,其实就是神经活动的有损压缩版本,是数据降维的主观体验结果。换句话说,大脑是计算机,而“意识的感觉”正是高度优化的数据压缩副产物。
文章最后转向环境因素,指出污染导致的大脑磁晶体污染问题可能扰乱这一自我调节系统。空气中的污染颗粒进入嗅觉神经,混入大脑,与天然磁晶体不同,它们体积更大、形态多样,可能破坏原有磁共振系统,从而影响学习与记忆。研究发现,空气污染与阿尔茨海默病高度相关,甚至已有因果证据。而令人警醒的是——阿尔茨海默病最早的病变迹象之一,正是出现在蓝斑核区域。