Инженеры из Швеции и США создали модель, показывающую, как колеблется мозг после сильного удара. Исследование подтвердило, что основные повреждения мозг получает не от столкновения с черепом, а от растяжения и сжатия тканей при колебаниях с разной частотой. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Вопреки интуитивному представлению, главную опасность при ударе головой представляет не твердая черепная коробка, а сами ткани мозга. Резкое вращение головы, например, при ударе в боксе, может нанести мозгу больше вреда, чем внезапная остановка. Кроме того, при сотрясении мозга повреждается не только его внешний слой, но и внутренние области.
Авторы статьи рассмотрели 189 случаев столкновений игроков в американский футбол, два из которых закончились сотрясением мозга. С помощью встроенных в шлем датчиков, ученые получили данные об ускорении и изменении положения головы каждого спортсмена в момент удара.
Исследователи выяснили, что удары вызывают сложные колебания, которые длятся десятые доли секунды. Инженеры разложили эти колебания по частотам, и оказалось, что сильнее всего мозг колеблется с частотой около 30 Герц — как струны за второй-третьей клавишами фортепиано. В целом же на колебания с частотой ниже 33 Герц расходуется около 75% энергии удара.
Ученые также заметили, что более сильные удары вызывают более сложные колебания. Так, при столкновении, после которого игрок потерял сознание, мозолистое тело, находящееся между полушариями мозга, колебалось с большей частотой, чем окружающие ткани, что приводило к деформации тканей.
По словам ученых, такое моделирование может пригодиться, чтобы конструировать шлемы, подавляющие самые опасные для мозга низкочастотные колебания.
Ранее британские ученые показали связь между ударами по голове футбольным мячом и развитием старческого слабоумия.
