Kemajuan dalam perisai badan dan reka bentuk topi keledar bermakna lebih banyak tentera akan terus hidup dekat dengan ledakan dari bom pinggir jalan atau kebakaran musuh. Tetapi ramai yang datang dari medan perang dengan kecederaan otak yang tidak dapat dilihat dengan segera dan sukar untuk mengesan walaupun dengan imbasan yang lebih maju. Masalahnya adalah bahawa ia tidak jelas apa gelombang letupan ke otak.
Kandungan Terkait
- Bagaimana Ikan Telus Boleh Membantu Menurunkan Otak
- Litar Fleksibel Telah Diturunkan Ke Otak Hidup
Christian Franck, penolong profesor kejuruteraan di Brown University, cuba mengubahnya dengan pengimejan kumpulan kecil sel-sel otak dalam 3D dan mengambil filem-filem neuron yang terdedah kepada kejutan kecil. Idea ini adalah untuk melihat dengan tepat bagaimana sel-sel otak individu berubah bentuk dan bertindak balas dalam beberapa jam selepas trauma.
Seramai 25, 000 askar dan wanita mengalami kecederaan otak traumatik pada tahun 2014, menurut Jabatan Pertahanan AS. Hanya 303 daripada kecederaan yang "menembusi, " atau jenis yang meninggalkan luka yang kelihatan. Yang lain adalah dari pelbagai bentuk gegaran yang disebabkan oleh peristiwa seperti bahan letupan, jatuh dan kemalangan kenderaan.
Kebanyakan mereka yang mengalami kecederaan-kira-kira 21, 000-dianggap ringan, yang bermaksud bahawa orang itu keliru, kehilangan atau kehilangan memori selama kurang dari 24 jam atau tidak sedarkan diri selama 30 minit atau kurang. Pesakit sedemikian biasanya tidak mendapat imbasan otak, dan jika mereka melakukannya, imej umumnya kelihatan normal.
Itulah masalahnya, kata Franck, kerana masalah psikologi yang timbul daripada kecederaan kepala geger boleh datang dari kerosakan peringkat sel, kerana otak "menyusun semula" ketika ia berusaha menyembuhkan.
"Penyusun semula berlaku selepas penghinaan, jadi anda tidak perasan, " kata Franck. "Kami mahu melihat pada skala selular berapa cepat sel-sel ini mengalami kecacatan. Dengan trauma tumpul kita mempunyai pangkalan data yang lebih besar. Dengan letupan, kebanyakannya orang dalam perkhidmatan bersenjata, dan mereka mengalami kesukaran kerana mereka akan suka mengakses rawatan dan mendapatkan bantuan, tetapi mereka tidak tahu apa yang hendak disiarkan. "
Eksperimen lalu dengan tikus telah menunjukkan kerosakan otak dari letupan letupan, terutama pada hippocampus, tetapi tidak melihat tahap selular. Dan sementara kajian sebelumnya pada manusia telah memeriksa sel-sel otak dalam kes kecederaan kepala, tisu hanya datang dari pesakit yang sudah mati.
Oleh kerana kita tidak dapat melihat ke dalam otak manusia secara langsung kerana ia sedang berselisih, Franck menumbuhkan sel-sel daripada otak tikus pada perancah biologi di dalam bahan seperti gel. Persediaan membolehkan sel-sel berkembang dalam kelompok yang mirip dengan bagaimana mereka akan dibesarkan di dalam otak.
Sel-sel tidak sama dengan padat dan tidak melakukan semua perkara yang biasa dilakukan sel-sel otak, tetapi mereka menyediakan analog kasar. Franck kemudiannya boleh mendedahkan berkas-berkas seperti otak ini kepada gelombang kejutan untuk melihat apa yang berlaku.
Gelombang letupan adalah berbeza dari, katakan, terkena di kepala dengan batu bata, kerana skala waktu jauh lebih pendek, kata Franck. Pucuk tipikal di kepala berlaku selama beberapa ribu puluhan detik, manakala gelombang letupan bertahan hanya untuk sepersejuta detik. Di samping itu, kesan gelombang letupan tidak mempunyai titik asal, yang terarah, seperti serangan fizikal.
Franck bekerja dengan hipotesis bahawa gelombang kejutan dari letupan menyebabkan fenomena di dalam otak manusia disebut peronggaan-proses yang sama yang membuat gelembung di dalam air berhampiran kipas bot. Teori peronggaan dalam otak bukanlah sesuatu yang baru, dan terdapat bukti kukuh bahawa peronggaan berlaku, tetapi kita tidak mempunyai pemerhatian yang tepat lagi untuk meraihnya sebagai punca kerosakan sel.
Mengikut teori, sebagai letupan berlaku di dekat seorang askar, gelombang kejutan bergerak melalui tengkorak dan mencipta kawasan kecil tekanan rendah dalam cecair yang mengelilingi dan meresap otak. Apabila tekanan di sesetengah kawasan mendapat cukup rendah, ruang atau rongga kecil terbuka. Sebilangan kecil sebulan kemudian, rantau berkepadatan rendah runtuh.
Oleh kerana rongga tidak sempurna sfera, mereka runtuh di sepanjang paksi panjang mereka, dan mana-mana sel berhampiran sama ada dihancurkan di dalam rongga atau terkena letupan penembusan cecair berketumpatan tinggi dari hujung. Nampaknya peristiwa itu akan merosakkan dan membunuh sel-sel, tetapi ia jauh dari jelas apa kerosakan itu.
Video ini menunjukkan laser yang dipecat ke dalam neuron yang ditanam dalam gel, mewujudkan semula pergerakan akibat gelombang kejutan yang boleh menyebabkan kerosakan otak pada mangsa letupan. (Jon Estrada, Christian Franck / Brown University)Itulah sebabnya Franck membuat filem-filem sel-sel otak makmalnya dan membentangkan penemuannya minggu ini pada mesyuarat tahunan ke 68 Bahagian Persatuan Fizik Amerika di Fluid Dynamics di Boston. Untuk meniru peronggaan dari letupan, dia menembak sinar laser di rumpun selular. Tembakan laser ringkas memanaskan bit gel memegang bersama matriks sel, mewujudkan rongga.
Dia menggunakan LED putih yang dipadankan dengan mikroskop dan kren difraksi, yang menghasilkan imej dari dua perspektif yang berbeza untuk mengesan sel-sel yang diletupkan laser berulang kali. Setiap petikan membuat gambar 3D sel menggunakan kedua-dua imej untuk menghasilkan sejenis filem 3D. Franck kemudian menonton sel-sel untuk sehari untuk melihat apa yang mereka lakukan dan jika mereka mati.
Percubaan menunjukkan petunjuk kerosakan sel akibat peronggaan. Tetapi ia hanya langkah pertama: Bahagian dalam otak tidak seragam, yang membuat pengiraan kesan sebenar peronggaan sukar. Di samping itu, pemodelan kesan gelombang letupan adalah sukar, kerana bendalir yang terlibat cukup rumit, kata Jacques Goeller, seorang jurutera di Advanced Technology and Research Corporation yang kini telah setengah pensiun. Dia bereksperimen dengan meletakkan kepala mayat di jalan gelombang kejutan, yang memberikan keterangan tidak langsung untuk peronggaan semasa letupan.
Tetapi faktor lain yang rumit ialah tengkorak bergetar pada frekuensi tertentu, yang boleh mempengaruhi berapa banyaknya mereka bentuk dan mencetuskan peronggaan. "Apabila tengkorak bergetar, ia boleh menyebabkan satu lagi gelembung, " kata Goeller.
Di sisi yang terang, dalam percubaan Franck, mungkin untuk mengawal saiz gelembung dan kedudukan mereka, serta sifat gel. Ini bermakna penyelidikan masa depan boleh menggunakan persediaan yang sama untuk menguji beberapa senario yang mungkin.
Kecederaan sel-sel makmal ini kemudiannya boleh dibandingkan dengan otak sebenar dari mangsa gegaran untuk mendapatkan gambaran yang lebih baik tentang apa yang berlaku. Ini sepatutnya memudahkan untuk membangunkan rawatan dan diagnosis.
Namun, Franck bersetuju bahawa masih terdapat beberapa cara untuk pergi sebelum para penyelidik mengetahui pasti bagaimana letupan mempengaruhi otak. "Masih banyak kerja yang sedang berjalan, " katanya. "Kami kira-kira separuh jalan melalui ini."
