Forskere undersøger den komplekse karakter af hjernerystelse

Det virker simpelt nok:At tage et hårdt slag i hovedet kan give dig en hjernerystelse. Men, Stanford-forskere rapporterer 30. marts i Fysisk gennemgangsbreve , i de fleste tilfælde, forbindelsen er alt andet end enkel.

Ved at kombinere data optaget fra fodboldspillere med computersimuleringer af hjernen, et team, der arbejder med David Camarillo, en adjunkt i bioteknik, fandt ud af, at hjernerystelse og andre milde traumatiske hjerneskader synes at opstå, når et område dybt inde i hjernen ryster hurtigere og mere intenst end omkringliggende områder. Men, de fandt også ud af, at hjernens mekaniske kompleksitet betyder, at der ikke er nogen ligetil sammenhæng mellem forskellige bump, spin og slag i hovedet og sandsynligheden for skade.

"Hjernerystelse er en stille epidemi, der påvirker millioner af mennesker, " sagde Mehmet Kurt, en tidligere postdoc i Camarillos laboratorium. Kurt og Kaveh Laksari, også en tidligere postdoc hos Camarillo, er co-lead forfattere på papiret. Men præcis hvordan hjernerystelse opstår er stadig noget af et mysterium. "Det, vi forsøgte at gøre, er at forstå hjernens biomekanik under en påvirkning." Bevæbnet med den forståelse, Kurt sagde, ingeniører kunne bedre diagnosticere, behandle og forhåbentlig forebygge hjernerystelse.

Ryster hjernen

I tidligere undersøgelser, Camarillos laboratorium havde udstyret 31 college-fodboldspillere med specielle mundbeskyttere, der registrerede, hvordan spillernes hoveder bevægede sig efter et sammenstød, herunder nogle få tilfælde, hvor spillere fik hjernerystelse.

Laksari og Kurts idé var at bruge disse data, sammen med lignende data fra NFL-spillere, som input til en computermodel af hjernen. Den vej, de kunne forsøge at udlede, hvad der skete i hjernen, der førte til en hjernerystelse. I særdeleshed, de kunne gå ud over relativt simple modeller, der fokuserede på kun en eller to parametre, såsom den maksimale hovedacceleration under et sammenstød.

Den vigtigste forskel mellem påvirkninger, der førte til hjernerystelse, og dem, der ikke gjorde, forskerne opdagede, havde at gøre med hvordan – og endnu vigtigere hvor – hjernen ryster. Efter et gennemsnitligt hit, forskernes computermodel antyder, at hjernen ryster frem og tilbage omkring 30 gange i sekundet på en ret ensartet måde; det er, de fleste dele af hjernen bevæger sig i forening.

I skadessager, hjernens bevægelse er mere kompleks. I stedet for at hjernen bevæger sig stort set i forening, et område dybt i hjernen kaldet corpus callosum - som forbinder venstre og højre hjernehalvdel - ryster hurtigere end de omkringliggende områder, lægger betydelig belastning på disse væv.

Yderligere komplikationer

Hjernerystelsessimuleringer, der peger på corpus callosum, stemmer overens med empiriske observationer - patienter med hjernerystelse har ofte skader i corpus callosum. Imidlertid, Laksari og Kurt understreger, at deres resultater er forudsigelser, der skal testes mere omfattende i laboratoriet, enten med dyrehjerner eller menneskehjerner, der er blevet doneret til videnskabelig undersøgelse. "At observere dette i eksperimenter bliver meget udfordrende, men det ville være et vigtigt næste skridt, " sagde Laksari.

Måske lige så vigtige som fysiske eksperimenter er yderligere simuleringer for at afklare forholdet mellem hovedpåvirkninger og hjernens bevægelse - især, hvilke slags påvirkninger giver anledning til den komplekse bevægelse, der ser ud til at være ansvarlig for hjernerystelse og andre milde traumatiske hjerneskader. Baseret på de undersøgelser, de har lavet indtil nu, Laksari sagde, de ved kun, at forholdet er meget komplekst.

Stadig, udbyttet af at afdække det forhold kunne være enormt. Hvis videnskabsmænd bedre forstår, hvordan hjernen bevæger sig efter en påvirkning, og hvilken bevægelse der forårsager mest skade, Kurt sagde, "Vi kan designe bedre hjelme, vi kan udtænke teknologier, der kan udføre diagnostik på stedet, for eksempel i fodbold, og potentielt træffe beslutninger på sidelinjen i realtid, "Alt dette kunne forbedre resultaterne for dem, der får et grimt slag i hovedet.