Οι διάσειση προέρχονται από το κουδούνισμα βαθιά μέσα στον εγκέφαλο, υποδηλώνει η μοντελοποίηση
Όταν ένας ποδοσφαιριστής δέχεται ένα μεγάλο χτύπημα στο κεφάλι και χτυπάει το κουδούνι του, είναι κάτι περισσότερο από μια έκφραση:Όπως ένα πραγματικό κουδούνι, ο εγκέφαλος του παίκτη μπορεί να ταλαντεύεται σε διαφορετικές συχνότητες, διαπιστώνει μια νέα μελέτη μοντελοποίησης. Τα αποτελέσματα ενισχύουν την ιδέα ότι οι διάσειση δεν προέρχονται τόσο από τη σύγκρουση του εγκεφάλου με το κρανίο, αλλά από το τέντωμα και τη διάτμηση του ιστού που προκαλεί το κουδούνισμα βαθιά μέσα στον εγκέφαλο. Οι ερευνητές προτείνουν ότι θα μπορούσαν να σχεδιαστούν καλύτερα κράνη για να μειώνουν τους πιο επιβλαβείς κραδασμούς χαμηλής συχνότητας.
Η εργασία θα μπορούσε να απλοποιήσει σημαντικά τη μοντελοποίηση των διασείσεων, λέει ο Philip Bayly, μηχανολόγος μηχανικός που ειδικεύεται στις κρούσεις στο κεφάλι στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις στο Μιζούρι, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Για μένα, αυτό είναι το κύριο πράγμα», λέει. "Είναι οι χαμηλές συχνότητες που κυριαρχούν και μπορείτε να προσομοιώσετε τον εγκέφαλο με λίγες μόνο λειτουργίες χαμηλής συχνότητας."
Κάθε χρόνο εκατοντάδες χιλιάδες Αμερικανοί υφίστανται διάσειση ενώ συμμετέχουν σε αθλητικές ή άλλες ψυχαγωγικές δραστηριότητες. Ωστόσο, οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακριβώς πώς ένα χτύπημα στο κεφάλι προκαλεί τον τραυματισμό. Στη δημοφιλή αντίληψη, μια διάσειση συμβαίνει όταν το κρανίο σταματά ξαφνικά και ο εγκέφαλος προσκρούει σε αυτό, όπως ένας οδηγός αυτοκινήτου που πετάει στο ταμπλό. Όμως η έρευνα δείχνει ότι οι διάσειση είναι πιο περίπλοκες. Για παράδειγμα, μια βίαιη περιστροφή του κρανίου -όπως μπορεί να συμβεί όταν το κεφάλι ενός σκέιτμπορντ χτυπά λοξά στο πεζοδρόμιο- μπορεί να προκαλέσει μεγαλύτερη ζημιά από μια απλή ξαφνική διακοπή. Τα κλινικά δεδομένα υποδεικνύουν επίσης ότι οι διάσειση αφορούν περισσότερα από την επιφάνεια του εγκεφάλου, καθώς η σοβαρότητά τους σχετίζεται με βλάβες βαθύτερα στο εσωτερικό, όπως παραμορφώσεις γύρω από το κάλυμμα του σώματος, τη γέφυρα μεταξύ των ημισφαιρίων του εγκεφάλου.
Για να προσδιορίσουν καλύτερα τι συμβαίνει στην πραγματικότητα κατά τη διάρκεια ενός χτυπήματος στο κεφάλι, ο David Camarillo, βιομηχανικός στο Πανεπιστήμιο Stanford στο Palo Alto της Καλιφόρνια, και οι συνεργάτες του συνέλεξαν δεδομένα για πραγματικά χτυπήματα, εξοπλίζοντας 31 ποδοσφαιριστές του Stanford με προστατευτικά στο στόμα εξοπλισμένα με επιταχυνσιόμετρα και γυροσκόπια. Χρησιμοποιώντας δεδομένα για 189 συγκρούσεις εντός του παιχνιδιού, συμπεριλαμβανομένων δύο που οδήγησαν σε διάσειση, οι ερευνητές προσομοίωσαν τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος ανταποκρίθηκε μηχανικά σε κάθε χτύπημα, χρησιμοποιώντας δεδομένα για τις ιδιότητες υλικού των διαφόρων εγκεφαλικών ιστών που προέρχονται κυρίως από πτώματα.
Κάθε χτύπημα έκανε τον εγκέφαλο να ταλαντεύεται με περίπλοκο τρόπο για μερικά δέκατα του δευτερολέπτου, διαπίστωσε η ομάδα. Οι ερευνητές διέκοψαν αυτή την κίνηση σε δυναμικούς τρόπους – βραχύβια μοτίβα κίνησης με διακριτές συχνότητες. Όταν τραντάζεται, ο εγκέφαλος ταλαντώνεται πιο έντονα με περίπου 30 κύκλους ανά δευτερόλεπτο, περίπου την ίδια συχνότητα με το δεύτερο χαμηλότερο πλήκτρο σε ένα πιάνο, αναφέρουν σήμερα οι ερευνητές στο Physical Review Letters . Κατά μέσο όρο, οι λειτουργίες κάτω των 33 κύκλων ανά δευτερόλεπτο απορροφούν το 75% της συνολικής ενέργειας που μεταδίδεται στον εγκέφαλο.
Επιπλέον, οι σκληρότερες κρούσεις διεγείρουν περισσότερους τρόπους λειτουργίας, λέει ο Mehmet Kurt, ειδικός στην εμβιομηχανική του εγκεφάλου στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο Stevens στο Χόμποκεν του Νιου Τζέρσεϊ και συγγραφέας της εφημερίδας. Αυτό μπορεί να είναι το κλειδί, λέει, επειδή οι διαφορετικοί τρόποι τονίζουν την κίνηση σε διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου, προκαλώντας ενδεχομένως τις γειτονικές περιοχές να ταλαντώνονται σε διαφορετικές συχνότητες. Για παράδειγμα, η μοντελοποίηση ενός χτυπήματος στο οποίο ένας παίκτης έχασε τις αισθήσεις του δείχνει ότι σε αυτή τη σύγκρουση το κάλλος του σώματος ταλαντώθηκε σε υψηλότερη συχνότητα από την περιβάλλουσα λευκή ουσία. Παρόλο που οι ταλαντώσεις διαρκούν για λίγους μόνο κύκλους, όταν οι γειτονικές περιοχές του εγκεφάλου δονούνται σε διαφορετικές συχνότητες, το τέντωμα και η διάτμηση αυτών των ιστών αυξάνεται, εξηγεί ο Kurt.
Η ανάλυση μπορεί να είναι τόσο κακά νέα όσο και καλά νέα για τους ερευνητές διάσεισης, λέει ο Kurt. "Από τη μια πλευρά, λέμε, "Αυτό το πρόβλημα είναι πιο περίπλοκο από ό,τι νομίζετε". Από την άλλη πλευρά, λέμε ότι μπορεί να έχουμε το κατάλληλο εργαλείο για να το μελετήσουμε." Για παράδειγμα, λέει ο Bayly, συγκρίνοντας τις κινήσεις διαφορετικών τρόπων λειτουργίας, οι ερευνητές θα μπορούσαν να εντοπίσουν τις περιοχές του εγκεφάλου που είναι πιο ευαίσθητες σε ζημιές. Επιπλέον, οι κατασκευαστές κράνους ενδέχεται να στοχεύστε σε σχέδια που μειώνουν τις πιο επιβλαβείς συχνότητες, λέει ο Bayly.
Ωστόσο, το έργο συνοδεύεται από μια προειδοποίηση, λέει ο Bayly, ο οποίος έχει γράψει ένα σχόλιο για τη μελέτη για τον ιστότοπο της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας. Για να εξαγάγουν την κίνηση του εγκεφάλου από τις επιταχύνσεις που μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια ενός χτυπήματος, οι ερευνητές εξαρτώνται από εκτιμήσεις των μηχανικών ιδιοτήτων των εγκεφαλικών ιστών, όπως η ακαμψία και η τάση τους να απορροφούν ενέργεια. Για ηθικούς λόγους, αυτές οι ιδιότητες δεν μπορούν να μετρηθούν σε ζωντανούς εγκεφάλους υπό συνθήκες που προκαλούν τραυματισμό, σημειώνει ο Bayly. Έτσι, οι μηχανικές ιδιότητες του υλικού του εγκεφάλου "δεν είναι πουθενά τόσο γνωστές όσο αυτές του χάλυβα και του αλουμινίου", σημειώνει.
Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, ο Bayly προτείνει στους ερευνητές στη συνέχεια να επικυρώσουν την τεχνική τους εφαρμόζοντάς την σε συγκρούσεις μικρότερης πρόσκρουσης, οι οποίες μπορούν να προκληθούν με ασφάλεια σε άτομα στο εργαστήριο και για τις οποίες οι υλικές ιδιότητες ενός ζωντανού εγκεφάλου υπό τις κατάλληλες συνθήκες μπορούν να συναχθούν από τη μαγνητική συντονισμός φαντασίας. Η επιτυχής τοποθέτηση της μοντελοποίησης σε αυτή τη δοκιμασία θα αύξανε την εμπιστοσύνη στις επιπτώσεις της για πιο σκληρά χτυπήματα, λέει. "Αυτό θα ήταν πολύ ενδιαφέρον και πιθανότατα το επόμενο βήμα."
