Исследователи смоделировали картину удара головы о препятствие на суперкомпьютере
Что происходит внутри мозга человека, когда голова ударяется о препятствие? Казалось бы, тут давно все ясно. Однако это не так.Американские исследователи решили подробнее изучить события, протекающие в мозге за первую миллисекунду после удара о ветровое стекло автомобиля.
Как можно узнать, какие повреждения получает головной мозг при ударе? Ответ очевиден - изучая несчастных, попавших в больницу (или морг) с повреждениями черепа, или ставя опыты на животных.
Оба метода имеют свои недостатки. И оба позволяют заметить результаты воздействия, но не дают возможности увидеть - что именно происходит в сам момент удара. А ведь рассмотреть этот процесс в динамике - значит гораздо лучше понять природу повреждений.
Почему после сходных на вид (не смертельных) травм головного мозга разные пациенты показывают совершенно разные результаты в тестах на внимание, память, координацию движений? Почему люди, попавшие в не слишком серьезные аварии, побывавшие в травмпункте и благополучно отпущенные домой, при возвращении к работе испытывают трудности?
Этими вопросами задались двое исследователей - Пол Тейлор из американской национальной лаборатории Сандия и Кори Форд из университета Нью-Мексико, сообщает MEMBRANA.
Как сказано в пресс-релизе лаборатории, исследователи решили смоделировать картину удара головы о препятствие на суперкомпьютере.
Эксперимент должен был показать, что происходит в мозге человека, который врезается на автомобиле в стационарный барьер. Скорость столкновения - 54,7 километра в час. Ремни безопасности не застегнуты.
Для решения этой задачи авторы работы отсканировали голову женщины на томографе и составили её компьютерную модель с тремя разными типами тканей: череп, мозговая ткань и церебральная жидкость. Они ввели в компьютер физические характеристики этих тканей, а также создали математическую модель удара.
Оказалось, что всего за миллисекунду после столкновения головы с лобовым стеклом в мозге могут произойти серьёзные повреждения, хотя, казалось бы, перемещения головы и мозга в этот момент невелики, да и ускорение не запредельное.
Причина - в ударных волнах, которые идут от точки удара внутри мозга, отражаются от стенок черепа и вновь прокатываются внутри головы. В момент прохождения этих волн в определенных точках мозга давление может достигать 30 атмосфер, а, кроме того, в некоторых местах возникают высокие напряжения сдвига. И то, и другое приводит к повреждению клеток мозга.
В ходе данной работы авторы получили картину изменения напряжений с высоким разрешением, как в пространстве, так и во времени. Ведь одну миллисекунду удара компьютер разложил на огромное число кадров. Тем не менее, двое исследователей намерены еще больше повысить разрешение своей модели, чтобы доскональнее понять механизм повреждений в различных отделах мозга.
Эта информация пригодится как медикам, лечащим травмированных пациентов, так и разработчикам средств защиты (шлемов, касок). Ну а для всех прочих вывод простой: всегда пристегивайтесь за рулем.