Напредак у дизајнирању каросерије и кацига значи да ће више војника преживјети близу експлозије од друмске бомбе или непријатељске ватре. Али многи се људи враћају са бојног поља са повредама мозга које нису одмах видљиве и тешко их је препознати чак и ако користите напредне претраге. Проблем је у томе што је нејасно шта експлозивни талас чини мозгу.
Сличан садржај
- Како прозирна риба може помоћи у декодирању мозга
- Флексибилни круг убризган је у живи мозак
Цхристиан Францк, доцент инжењерства на Универзитету Бровн, покушава то променити сликањем малих група можданих ћелија у 3Д-у и снимањем филмова о неуронима који су изложени ситним ударцима. Идеја је да се тачно види како поједине ћелије мозга мењају облик и реагују у сатима после трауме.
Око 25.000 војника и жена задобило је трауматичне повреде мозга у 2014. години, према америчком Министарству одбране. Само 303 повреде биле су „продорне“ или оне врсте које остављају видљиве ране. Остало је било од различитих облика потреса изазваних догађајима као што су експлозив, падови и несреће на возилима.
Већина тих повреда - око 21.000 - сматрана је благима, што значи да је особа била збуњена, дезоријентисана или је претрпела губитак памћења мање од 24 сата или била у несвести 30 минута или мање. Такви пацијенти обично не претражују мозак, а ако то учине, слике углавном изгледају нормално.
То је проблем, каже Францк, јер психолошки проблеми који потичу од потресних повреда главе могу произаћи из оштећења на нивоу ћелије, јер мозак „поново жице“ док покушава зацелити.
"Поновно спајање се врши након увреде, тако да не примећујете", каже Францк. "Желимо да видимо на ћелијској скали колико брзо се ове ћелије деформишу. Са тупом траумом имамо много већу базу података. Са експлозијама су углавном људи у оружаним службама, а они имају тешко време јер би воле да приступе лечењу и потраже помоћ, али не знају за шта да прикажу “.
Досадашњи експерименти са пацовима показали су оштећење мозга експлозивним експлозијама, посебно на хипокампусу, али нису посматрали ћелијски ниво. И док су претходне студије на људима прегледале ћелије мозга у случајевима повреде главе, ткиво је само дошло од пацијената који су већ били мртви.
Пошто не можемо завирити у живи људски мозак док је потресан, Францк је узгајао ћелије из мозга штакора на биолошким скелама унутар гела сличне супстанце. Подешавање омогућава ћелијама да расту у кластерима слично као да би се скупили у мозгу.
Ћелије нису тако густо упаковане и не раде све оно што би обично чиниле мождане ћелије, али дају груби аналог. Тада Францк може изложити ове снопове сличне мозгу ударним таласима да види шта се догађа.
Талас експлозије разликује се од рецимо ударања опеком у главу, јер је време скала много краће, каже Францк. Типичан ударац у глави дешава се током неколико хиљада делова секунде, док експлозивни талас траје само неколико милиона секунде. Поред тога, ефекти експлозивног таласа немају јединствену, фокусирану тачку порекла, као код физичког удара.
Францк ради са хипотезом да ударни таласи од експлозија узрокују појаву у људском мозгу звану кавитација - исти процес који ствара мехуриће у води у близини пропелера. Теорија кавитације у мозгу није нова, и постоје прилично чврсти докази да се кавитација дешава, али још увек немамо исправна запажања која би је утврдила као узрок оштећења ћелија.
Према теорији, како се експлозија догоди у близини војника, ударни таласи се крећу кроз лобању и стварају мале области ниског притиска у течностима које окружују и прожимају мозак. Када је притисак у неким регионима довољно низак, отвара се мали простор или шупљина. Мали дио секунде касније, регија ниске густине се урушава.
Пошто шупљине нису савршено сферне, колабирају се дуж својих дугих осе, а било које ћелије у близини или се згњече унутар шупљине или се ударају експлозијом течности високе густине која пуца из крајева. Чини се очигледним да би такав догађај оштетио и убио ћелије, али није далеко јасно како та штета изгледа.
Овај видео приказује ласер који пуца у неуроне који се узгајају у гелу, поново стварајући кавитацију изазвану ударним таласом која може изазвати оштећење мозга код жртава експлозије. (Јон Естрада, Кристијан Францк / Универзитет Бровн)Зато је Францк снимио филмове о својим лабораторијским ћелијама и изнио своје налазе ове недеље на 68. годишњем састанку Одељења за динамику флуида у Бостону Америчког физичког друштва. Да би симулирао кавитацију од експлозије, испалио је ласерске зраке на ћелијске накупине. Кратки ласерски снимци загрејали су делове гела који држе заједно ћелијску матрицу, стварајући шупљине.
Употријебио је бијели ЛЕД спојен на микроскоп и дифракцијску решетку, који ствара слике из двије различите перспективе за вишеструко скенирање ласерско разбијених ћелија. Свака снимка прави 3Д слику ћелија користећи две слике за генерисање својеврсног 3Д филма. Францк је затим данима посматрао ћелије да види шта су радили и јесу ли умрли.
Експеримент је показао јасне индикације оштећења ћелија услед кавитације. Али то је само први корак: Унутрашњост мозга није једнолика, што отежава израчунавање стварног утицаја кавитације. Поред тога, тешко је моделирати ефекте експлозије, јер је течност прилично сложена, каже Јацкуес Гоеллер, инжењер из Адванцед Тецхнологи анд Ресеарцх Цорпоратион који је сада у пензији. Експериментирао је с постављањем глава лешева у стазе ударних таласа, што је индиректни доказ за кавитацију током експлозије.
Али још један компликовајући фактор је да лобање вибрирају на одређеним фреквенцијама, што може утицати на то колико се деформишу и покрећу кавитацију. "Пошто лобања вибрира, то може да проузрокује нови низ мехурића, " каже Гоеллер.
Са ведре стране, у Францком експерименту могуће је контролисати величину мехурића и њихов положај, као и својства гела. То значи да ће будућа истраживања моћи користити исту поставку за тестирање више могућих сценарија.
Повреде ових лабораторијских ћелија могу се упоредити са стварним мозговима жртава потреса како би се добила боља слика онога што се дешава. То би требало олакшати развој третмана и дијагноза.
Францк се, пак, слаже са тим да постоји још неки начин прије него што истраживачи засигурно сазнају како експлозије утичу на мозак. "Још је пуно посла у току", рекао је. "Прошли смо на пола пута кроз ово."
