Det verkar tillräckligt enkelt:Att ta ett hårt slag mot huvudet kan ge dig en hjärnskakning. Men, Stanford -forskare rapporterar 30 mars Fysiska granskningsbrev , i de flesta fallen, anslutningen är allt annat än enkel.

Kombinera data som spelats in från fotbollsspelare med datorsimuleringar av hjärnan, ett team som arbetar med David Camarillo, en biträdande professor i bioingenjör, fann att hjärnskakningar och andra lindriga traumatiska hjärnskador verkar uppstå när ett område djupt inne i hjärnan skakar snabbare och intensivare än omgivande områden. Men, de fann också att hjärnans mekaniska komplexitet innebär att det inte finns något direkt samband mellan olika stötar, snurrar och slår mot huvudet och sannolikheten för skada.

"Hjärnskakning är en tyst epidemi som drabbar miljoner människor, "sa Mehmet Kurt, en tidigare postdoktor i Camarillos labb. Kurt och Kaveh Laksari, också en tidigare postdoktor med Camarillo, är medförfattare på tidningen. Men exakt hur hjärnskakningar uppstår förblir något av ett mysterium. "Det vi försökte göra är att förstå hjärnans biomekanik under en påverkan." Beväpnad med den förståelsen, Kurt sa, ingenjörer kunde bättre diagnostisera, behandla och förhoppningsvis förhindra hjärnskakning.

Skakar hjärnan

I tidigare studier har Camarillos labb hade utrustat 31 college -fotbollsspelare med speciella munskydd som registrerade hur spelarnas huvuden rörde sig efter en påverkan, inklusive några fall där spelare drabbades av hjärnskakning.

Laksari och Kurts idé var att använda den informationen, tillsammans med liknande data från NFL -spelare, som ingångar till en datormodell av hjärnan. På det sättet, de kunde försöka utläsa vad som hände i hjärnan som ledde till hjärnskakning. Särskilt, de kunde gå utöver relativt enkla modeller som fokuserade på bara en eller två parametrar, till exempel maximal huvudacceleration under en påkörning.

Den viktigaste skillnaden mellan effekter som ledde till hjärnskakningar och de som inte gjorde det, forskarna upptäckte, hade att göra med hur - och ännu viktigare var - hjärnan skakar. Efter en genomsnittlig träff, forskarnas datormodell föreslår att hjärnan skakar fram och tillbaka cirka 30 gånger i sekunden på ett ganska enhetligt sätt; det är, de flesta delar av hjärnan rör sig i samklang.

I skadefall, hjärnans rörelse är mer komplex. Istället för att hjärnan rör sig i stort sett i samklang, ett område djupt i hjärnan som kallas corpus callosum - som förbinder hjärnans vänstra och högra halvor - skakar snabbare än de omgivande områdena, att påverka vävnaderna betydligt.

Ytterligare komplikationer

Hjärnskakningssimuleringar som pekar på corpus callosum överensstämmer med empiriska observationer - patienter med hjärnskakning har ofta skador i corpus callosum. Dock, Laksari och Kurt betonar att deras resultat är förutsägelser som måste testas mer utförligt i labbet, antingen med djurhjärnor eller mänskliga hjärnor som har donerats för vetenskaplig studie. "Att observera detta i experiment kommer att bli mycket utmanande, men det skulle vara ett viktigt nästa steg, "Sa Laksari.

Kanske lika viktiga som fysiska experiment är ytterligare simuleringar för att klargöra förhållandet mellan huvudpåverkan och hjärnans rörelse - i synnerhet, vilken typ av påverkan ger upphov till den komplexa rörelse som tycks vara ansvarig för hjärnskakning och andra lindriga traumatiska hjärnskador. Baserat på de studier de gjort hittills, Laksari sa, de vet bara att förhållandet är mycket komplext.

Fortfarande, utbetalningen för att avslöja den relationen kan vara enorm. Om forskare bättre förstår hur hjärnan rör sig efter en påverkan och vilken rörelse som orsakar mest skada, Kurt sa, "vi kan designa bättre hjälmar, vi kan ta fram teknik som kan göra diagnostik på plats, till exempel i fotboll, och eventuellt fatta sidledbeslut i realtid, "Allt detta kan förbättra resultaten för dem som tar en otäck träff mot huvudet.