Самоубийство виртуального мозга

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 серьёзные 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. 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 застёгнуты.

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 определённых 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 (смотрите иллюстрации), так и во времени. Ведь одну миллисекунду удара компьютер разложил на огромное число кадров. Тем не менее, двое исследователей намерены ещё больше повысить разрешение своей модели, чтобы досконально 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 пристёгивайтесь за рулём.

По материалам Membrana.ru

Василий Попов