卵を疑似脳と見立てた脳への衝撃実験

アメリカ物理学協会が、ヴィラノバ大学のWu氏率いる研究チームが、脳と卵の相似性を利用している研究について触れました。
直接の並進衝撃は卵の変形を引き起こしませんが、回転の減速は卵黄の大きな変形を引き起こすなどの結果を報告しました。

Our brains consist of soft matter bathed in watery cerebrospinal fluid (CSF) inside a hard skull. An impact on the hard skull is transmitted through the thin layer of CSF within the subarachnoid space to the soft brain matter.

参照元：https://publishing.aip.org/publications/latest-content/eggs-reveal-what-may-happen-to-brain-on-impact/
– アメリカ物理学協会 American Institute of Physics. JANUARY 19, 2021 –

脳震盪の原因は何ですか？それは直接の並進または回転の影響ですか？

これは、Villanova大学のQianhongWu氏の研究室が現在調査している研究分野の1つです。

私たちの脳は、硬い頭蓋骨の内部にある水様の脳脊髄液（CSF）に浸されたソフトマターで構成されています。

硬い頭蓋骨への衝撃は、くも膜下腔内のCSFの薄層を介して柔らかい脳の物質に伝達されます。

卵は、その柔らかい卵黄が硬い殻の中の液体の卵白に浸されているため、脳に似ています。

ほとんどの脳損傷では頭蓋骨が壊れないことを考慮して、ウー氏は卵殻を壊さずに卵黄を壊したり変形させたりできるかどうかを調べたいと考えました。

研究者たちは、卵スクランブラーを使用して簡単な実験を行いました。この実験から、回転力によって卵黄が簡単に壊れて卵白と混ざり合うことがわかりました。

この作品の背後にある基本的な概念の観点から、ソフトカプセル（膜結合ソフトマター）は、含まれている液体の中に浸されています。

カプセルには不浸透性の膜があり、カプセルの内側の液体を外側から分離します。

外側のコンテナには2種類の衝撃を与えることができます。

並進衝撃は、コンテナに直接当たる衝撃ですが、回転衝撃は、外側のコンテナが回転を加速または減速したときに発生します。

後者は、ヘルメットが丸くないスポーツで自然に発生します。

たとえば、多くのアイスホッケーヘルメットのデザインの背後にある一対の補強隆起を考えてみてください。

研究者たちは、非常に直感に反し、非常に驚​​くべきことを発見しました。

直接の並進衝撃は卵の変形を引き起こしませんが、回転の減速は卵黄の大きな変形を引き起こします。

この発見は、頭が突然の外部衝撃にさらされたときの私たちの脳の動きと変形に光を当てます。

ウー氏は話します。

「回転、特に減速回転の衝撃は、脳の物質により有害であると思われる。この過程で脳の物質が大きく変形すると、ニューロンが伸びて損傷を引き起こします。」

この発見は、ボクサーがあごに当たると失神する可能性が非常に高い理由を説明しています。

ウー氏は解説します。

「あごが首から最も遠い点であることを考えると、あごに当たると、頭の最大の回転加速/減速を引き起こす可能性があります。」

公衆衛生にとって深刻な問題である脳震盪に関してウー氏は話します。

「脳がどのように傷つけられ、そのような傷つけをどのように回避するかは依然として不明です。批判的思考は、台所での簡単な実験とともに、卵黄の変形を引き起こすメカニズムを調べるための一連の体系的な研究につながりました。私たちは、そこから学んだ教訓を、脳の生体力学や、赤血球などの液体環境でのソフトカプセルを含む他の物理的プロセスの研究に適用したいと考えています。」

この種の最初の研究として、この研究は、突然の外部衝撃に対する膜結合した柔らかい物体の応答を理解するための新しい視点を提供します。

この新しい視点は、ヘルメットを設計する人々の興味を引くでしょう。