Æg afslører, hvad der kan ske med hjernen ved påvirkning

Hvad forårsager hjernerystelse? Er det direkte translationel eller roterende effekt? Dette er et af de forskningsområder, der i øjeblikket undersøges af Qianhong Wu's laboratorium ved Villanova University.

Vores hjerner består af blødt stof badet i vandig cerebrospinalvæske (CSF) inde i et hårdt kranium. En påvirkning af det hårde kranium overføres gennem det tynde lag af CSF i det subaraknoidale rum til det bløde hjernemateriale.

I Væskers fysik , Wu og medforfattere Ji Lang og Rungun Nathan beskriver at studere et andet system med de samme funktioner, et æg, for at søge efter svar. Et æg ligner hjernen, fordi dens bløde æggeblomme er badet i en flydende æggehvide inde i en hård skal.

I betragtning af at i de fleste hjernerystelser i hjernen, kraniet knækker ikke, Wu ville finde ud af, om det var muligt at bryde eller deformere æggeblommen uden at bryde æggeskallen.

Forskerne lavede et simpelt eksperiment ved hjælp af en æg -scrambler, hvorfra de kunne se, at rotationskraften let kan bryde æggeblommen og få den til at blande sig med æggehviden.

Med hensyn til de grundlæggende begreber bag dette arbejde, en blød kapsel - membranbundet blødt stof - bades i en indeholdt væske. Kapslen har en uigennemtrængelig membran, adskiller væsken inde i kapslen udefra.

To typer påvirkninger kan påføres den ydre beholder. En translationel indvirkning er en, der rammer containeren direkte, mens der opstår en rotationspåvirkning, når den ydre beholder accelereres eller decelereres roterende. Sidstnævnte opstår naturligt i sport, når hjelme ikke er runde. Overveje, for eksempel, parret af stivende kamme bag mange ishockeyhjelm designs.

Forskerne opdagede noget ganske kontraintuitivt og meget overraskende. Direkte translationel indvirkning forårsager ikke ægdeformation, mens rotationsretardation forårsager enorm æggeblomme deformation. Dette fund kaster lys over hjernens bevægelse og deformation, når hovedet udsættes for pludselige ydre påvirkninger.

"Vi formoder, at roterende, især decelerationsrotation, påvirkning er mere skadelig for hjernemateriale, "sagde Wu." Den store deformation af hjernemateriale under denne proces inducerer strækningen af ​​neuroner og forårsager skaden. "

Dette fund forklarer, hvorfor boksere sandsynligvis vil besvime, hvis de bliver ramt på hagen.

"I betragtning af at hagen er det fjerneste punkt fra nakken, at ramme på hagen kan forårsage den højeste rotationsacceleration/deceleration af hovedet, " han sagde.

Når det kommer til hjernerystelse, som er et alvorligt problem for folkesundheden, "det er stadig uklart, hvordan hjernen er skadet, og hvordan man undgår sådanne skader, "sagde Wu.

"Kritisk tænkning, sammen med enkle eksperimenter i køkkenet, ført til en række systematiske undersøgelser for at undersøge de mekanismer, der forårsager æggeblomme deformation, "Wu sagde." Vi håber at anvende de erfaringer, der er draget af det, til studiet af hjernens biomekanik samt andre fysiske processer, der involverer bløde kapsler i et flydende miljø, såsom røde blodlegemer. "

Som den første undersøgelse af sin art, dette arbejde giver et nyt perspektiv til forståelse af responsen af ​​en membranbunden blød genstand på pludselige ydre påvirkninger. Dette nye perspektiv vil interessere dem, der designer hjelme.