頭部撞擊可能損傷大腦并導(dǎo)致腦震蕩

隨時進(jìn)行接觸性運(yùn)動。在某個時候，你可能會用一個強(qiáng)有力的打擊或一個強(qiáng)有力的打擊打你的“鐘”。人們越來越意識到腦震蕩的持續(xù)影響、輕度創(chuàng)傷性腦損傷和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的強(qiáng)烈影響，這使得科學(xué)家們開始關(guān)注顱腦損傷期間發(fā)生的事情。

史蒂文斯理工學(xué)院的機(jī)械工程師穆罕默德庫爾特(Mehmet Kurt)研究了大腦和頭骨在休息和快速頭部運(yùn)動時的生物力學(xué)?，F(xiàn)在他進(jìn)行了生物工程模擬，可以跟蹤大腦在撞擊過程中的行為，重建慣性應(yīng)力和應(yīng)變。在剛剛被側(cè)面擊中的大腦里。

庫爾特說：“當(dāng)頭部受到側(cè)面撞擊并經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)加速時，大腦不僅會發(fā)出鈴聲，而且會有明顯的鈴聲模式。他的工作可能不僅對腦損傷評估有影響，而且對運(yùn)動頭盔制造商也有影響。尋找可以簡單區(qū)分“影響”和“無影響”的可測量參數(shù)，以幫助行業(yè)制定安全標(biāo)準(zhǔn)。這篇論文發(fā)表在7月30日的《物理評論應(yīng)用》雜志上。

通過分析導(dǎo)致腦震蕩的大腦運(yùn)動模擬和人體數(shù)據(jù)的結(jié)合，Kurt和他的團(tuán)隊(duì)，包括Stevens研究生Javid Abderezaei，從數(shù)值上揭示了頭部受到的側(cè)向撞擊導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)加速，導(dǎo)致機(jī)械振動集中在兩個大腦區(qū)域：colus collosum，連接大腦半球的橋梁，腦室周圍區(qū)域，以及大腦根部的白質(zhì)葉，有助于加速肌肉活動。

Kurt和Abderezaei，亞利桑那大學(xué)的Kaveh Laksari和伍斯特理工學(xué)院的Songbaji發(fā)現(xiàn)，頭骨的內(nèi)部幾何形狀和大腦的凝膠狀性質(zhì)使這兩個區(qū)域在一定頻率下產(chǎn)生共振，并以可接受的方式獲得更多的機(jī)械能。剪切力高于大腦的其他部分。更大的剪切應(yīng)變可能會導(dǎo)致更多的組織和細(xì)胞損傷，尤其是因?yàn)榧羟?，相反的運(yùn)動往往比其他生物組織更容易使腦組織變形。

“擊打頭部會在大腦中產(chǎn)生非線性運(yùn)動，”Abderezaei說。“這意味著振幅的小幅增加會導(dǎo)致一些結(jié)構(gòu)發(fā)生意想不到的大變形?！?

在具有一系列組織密度的復(fù)雜器官中，這些非線性振動并不令人驚訝。增加堅(jiān)韌保護(hù)膜的抑制作用，尤其是鐮刀和遮陽篷，讓大腦從上而下保持在原位，部分區(qū)域不可避免地會在側(cè)搏中變差。

識別側(cè)面撞擊中大腦最危險(xiǎn)的部分，使其成為進(jìn)一步研究的主要目標(biāo)，以尋求對撞擊中腦震蕩和詳細(xì)大腦行為的洞察。這些知識不會很快到來。每年，超過30萬美國兒童和青少年遭受與運(yùn)動相關(guān)的腦震蕩。

2018年，庫爾特和他的同事獲得了維齊斯候選人的獲獎視頻，展示了大腦如何在每次心跳時休息。

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