脑震荡源自大脑“振铃”

2018-04-03 09:15 来源:《中国科学报》 
2018-04-03 09:15:33来源:《中国科学报》作者:责任编辑:张佳兴

  为建立头部运动模式,研究人员从测量橄榄球比赛中头部受到的撞击入手。图片来源:AP PHOTO/MEL EVANS

  一项最新的建模研究发现,当足球运动员头部受到重击并且嗡嗡响时,这不只是一种表达方式:和真实的铃一样,其大脑会在不同频率上振荡。该研究结果支持了这样一种观点,即脑震荡并非源自大脑和头骨的碰撞,而是响声在大脑深处引发的组织拉伸和切变。研究人员表示,应设计更好的头盔,以抑制最具破坏性的低频振动。

  为更好地确定头部受到重击期间真正发生了什么,美国斯坦福大学生物工程师David Camarillo和同事通过让该校31名足球运动员戴上装有加速度计和陀螺仪的护齿器,收集了关于真实撞击的数据。研究人员利用关于189次碰撞的数据(包括两次导致脑震荡的撞击),以及主要来自尸体的各种大脑组织材质属性的数据,模拟了大脑如何机械地应对每次撞击。

  该团队发现,每次撞击会以一种复杂的方式让大脑在十分之几秒的时间里颤动。研究人员将这一动作分解成动态模式——拥有不同频率的短暂的动作模式。当受到撞击时,大脑振动得最有力,频率约为每秒30个周期。这几乎和钢琴上第二个最低键的频率相当。研究人员在日前出版的《物理评论快报》上报告了这一结果。平均而言,每秒低于33个周期的模式能吸收传给大脑的总体能量的75%。

  论文作者之一、史蒂文斯理工学院头部损伤生物力学专家Mehmet Kurt 表示,更重要的是越硬的撞击会激起越多振荡。这可能是关键所在,因为不同振荡模式影响的是大脑不同部位的运动,从而可能导致邻近区域以不同频率振荡。例如,对导致运动员失去意识的撞击进行的建模显示,在此次撞击中,脑胼胝体和周围的白质相比以更高的频率振荡。Kurt解释说,即便振荡仅持续了几个周期,但当邻近的大脑区域以不同频率振荡时,这些组织的拉伸和切变也在增加。

  最新分析对于脑震荡研究人员来说可能喜忧参半。“一方面,研究表明,这个问题可能比想象的更加复杂。另一方面,我们可能拥有了研究它的正确工具。” 圣路易斯华盛顿大学专注于头部撞击研究的机械工程师Philip Bayly表示。例如,通过比较不同模式的运动,研究人员或许能阐明最易受伤的大脑区域。而且,头盔生产商可能会注重设计能抑制破坏性最强的频率的头盔 。(宗华)

[责任编辑:张佳兴]

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