Wat veroorzaakt hersenschudding? Is het directe translationele of roterende impact? Dit is een van de onderzoeksgebieden die momenteel worden onderzocht door het laboratorium van Qianhong Wu aan de Villanova University.

Onze hersenen bestaan ​​uit zachte materie badend in waterige cerebrospinale vloeistof (CSF) in een harde schedel. Een impact op de harde schedel wordt via de dunne laag CSF in de subarachnoïdale ruimte doorgegeven aan de zachte hersenmaterie.

In Fysica van vloeistoffen , Wu en co-auteurs Ji Lang en Rungun Nathan beschrijven het bestuderen van een ander systeem met dezelfde kenmerken, een ei, om antwoorden te zoeken. Een ei lijkt op de hersenen, omdat zijn zachte dooier wordt gebaad in een vloeibaar eiwit in een harde schaal.

Gezien het feit dat bij de meeste hersenschuddingen, de schedel breekt niet, Wu wilde weten of het mogelijk was om de eidooier te breken of te vervormen zonder de eierschaal te breken.

De onderzoekers deden een eenvoudig experiment met een eierscrambler, waaruit ze konden zien dat de rotatiekracht de eidooier gemakkelijk kan breken en mengen met het eiwit.

In termen van basisconcepten achter dit werk, een zachte capsule - membraangebonden zachte materie - wordt ondergedompeld in een ingesloten vloeistof. De capsule heeft een ondoordringbaar membraan, het scheiden van de vloeistof in de capsule van de buitenkant.

Op de buitencontainer kunnen twee soorten effecten worden uitgeoefend. Een translatie-impact is er een die de container rechtstreeks raakt, terwijl een roterende impact optreedt wanneer de buitenste container wordt versneld of vertraagd roteren. Dit laatste komt van nature voor in de sport als helmen niet rond zijn. Overwegen, bijvoorbeeld, het paar verstevigende ribbels achter veel ontwerpen van ijshockeyhelmen.

De onderzoekers ontdekten iets heel contra-intuïtief en zeer verrassend. Directe translationele impact veroorzaakt geen vervorming van het ei, terwijl rotatievertraging een enorme vervorming van het eigeel veroorzaakt. Deze bevinding werpt licht op de beweging en vervorming van onze hersenen wanneer het hoofd wordt blootgesteld aan plotselinge externe invloeden.

"We vermoeden dat roterende, vooral vertragende rotatie, impact is schadelijker voor hersenmaterie, "zei Wu. "De grote vervorming van hersenmaterie tijdens dit proces veroorzaakt de rek van neuronen en veroorzaakt de schade."

Deze bevinding verklaart waarom boksers zeer waarschijnlijk flauwvallen als ze op de kin worden geraakt.

"Aangezien de kin het verste punt van de nek is, op de kin slaan kan de hoogste rotatieversnelling/-vertraging van het hoofd veroorzaken, " hij zei.

Als het om hersenschudding gaat, die een ernstig probleem vormen voor de volksgezondheid, "het blijft onduidelijk hoe de hersenen gewond raken en hoe dergelijke verwondingen te voorkomen, " zei Wu.

"Kritisch denken, samen met eenvoudige experimenten in de keuken, leidde tot een reeks systematische studies om de mechanismen te onderzoeken die eigeelvervorming veroorzaken, " zei Wu. "We hopen de lessen die eruit zijn geleerd toe te passen op de studie van de biomechanica van de hersenen en andere fysieke processen waarbij zachte capsules in een vloeibare omgeving betrokken zijn, zoals rode bloedcellen."

Als de eerste studie in zijn soort, dit werk biedt een nieuw perspectief voor het begrijpen van de reactie van een membraangebonden zacht voorwerp op plotselinge externe effecten. Dit nieuwe perspectief zal degenen die helmen ontwerpen, interesseren.