Het lijkt eenvoudig genoeg:een harde klap op het hoofd kan je een hersenschudding bezorgen. Maar, Stanford-onderzoekers rapporteren 30 maart in Fysieke beoordelingsbrieven , in de meeste gevallen, de verbinding is allesbehalve eenvoudig.

Door gegevens van voetballers te combineren met computersimulaties van de hersenen, een team dat samenwerkt met David Camarillo, een assistent-professor bio-engineering, ontdekte dat hersenschuddingen en ander licht traumatisch hersenletsel lijken te ontstaan ​​wanneer een gebied diep in de hersenen sneller en intenser schudt dan de omliggende gebieden. Maar, ze ontdekten ook dat de mechanische complexiteit van de hersenen betekent dat er geen duidelijke relatie is tussen verschillende hobbels, spins en klappen op het hoofd en de kans op letsel.

"Een hersenschudding is een stille epidemie die miljoenen mensen treft, " zei Mehmet Kurt, een voormalig postdoctoraal fellow in Camarillo's lab. Kurt en Kaveh Laksari, ook een voormalig postdoctoraal fellow bij Camarillo, zijn co-lead auteurs op het papier. Maar hoe hersenschudding precies ontstaat, blijft een mysterie. "Wat we probeerden te doen, is de biomechanica van de hersenen tijdens een impact begrijpen." Gewapend met dat inzicht, Kurt zei, ingenieurs konden beter diagnosticeren, behandelen en hopelijk hersenschudding voorkomen.

De hersenen schudden

In eerdere onderzoeken is Camarillo's lab had 31 universiteitsvoetbalspelers uitgerust met speciale gebitsbeschermers die registreerden hoe de hoofden van spelers bewogen na een impact, waaronder een paar gevallen waarin spelers hersenschudding opliepen.

Het idee van Laksari en Kurt was om die gegevens te gebruiken, samen met soortgelijke gegevens van NFL-spelers, als input voor een computermodel van de hersenen. Op die manier, ze konden proberen af ​​te leiden wat er in de hersenen gebeurde dat tot een hersenschudding leidde. Vooral, ze konden verder gaan dan relatief eenvoudige modellen die zich op slechts een of twee parameters concentreerden, zoals de maximale hoofdversnelling tijdens een botsing.

Het belangrijkste verschil tussen effecten die tot hersenschudding hebben geleid en die niet, ontdekten de onderzoekers, had te maken met hoe - en vooral waar - de hersenen trillen. Na een gemiddelde hit het computermodel van de onderzoekers suggereert dat de hersenen ongeveer 30 keer per seconde op een redelijk uniforme manier heen en weer schudden; dat is, de meeste delen van de hersenen bewegen samen.

In letselgevallen, de beweging van de hersenen is complexer. In plaats van dat de hersenen grotendeels in harmonie bewegen, een gebied diep in de hersenen dat het corpus callosum wordt genoemd - dat de linker- en rechterhelft van de hersenen met elkaar verbindt - sneller trilt dan de omliggende gebieden, die weefsels aanzienlijk belasten.

Verdere complicaties

Hersenschuddingsimulaties die wijzen op het corpus callosum komen overeen met empirische waarnemingen - patiënten met hersenschudding hebben vaak schade in het corpus callosum. Echter, Laksari en Kurt benadrukken dat hun bevindingen voorspellingen zijn die uitgebreider in het laboratorium moeten worden getest, hetzij met dierlijke hersenen of menselijke hersenen die zijn geschonken voor wetenschappelijk onderzoek. "Het wordt een hele uitdaging om dit in experimenten te observeren, maar dat zou een belangrijke volgende stap zijn, ' zei Laksari.

Misschien net zo belangrijk als fysieke experimenten zijn aanvullende simulaties om de relatie tussen hoofdinslagen en de beweging van de hersenen te verduidelijken - in het bijzonder, welke soorten impact geven aanleiding tot de complexe beweging die verantwoordelijk lijkt te zijn voor hersenschuddingen en ander licht traumatisch hersenletsel. Op basis van de onderzoeken die ze tot nu toe hebben gedaan, Laksari zei, ze weten alleen dat de relatie zeer complex is.

Nog altijd, de uitbetaling van het blootleggen van die relatie kan enorm zijn. Als wetenschappers beter begrijpen hoe de hersenen bewegen na een impact en welke beweging de meeste schade aanricht, Kurt zei, "we kunnen betere helmen ontwerpen, we kunnen technologieën bedenken die diagnostiek ter plaatse kunnen uitvoeren, bijvoorbeeld in het voetbal, en mogelijk zijlijnbeslissingen in realtime nemen, "Dit alles zou de resultaten kunnen verbeteren voor degenen die een vervelende klap op het hoofd krijgen.