Все знают, что от сильного удара по голове случается сотрясение мозга. Считается, что непосредственная причина сотрясения – столкновение самого мозга с черепом, и это кажется вполне очевидным.
Однако на самом деле сотрясение можно получить не только при прямом столкновении с каким-то предметом, но и, например, при сильном и резком повороте головы. Наконец, медики знают, что повреждения при травмах черепа появляются не только на поверхности, но и в глубине мозга; например, при сотрясении может пострадать мозолистое тело – сплетение нервных волокон, соединяющее левое и правое полушария.
Словом, механизм сотрясения на самом деле сложнее, чем кажется на первый взгляд, и Дэвид Камарилло (David Camarillo) из Стэнфорда и его коллеги из других научных центров решили разобраться в нем подетальнее.
Для этого несколько десятков игроков в американский футбол снабдили акселерометрами и гироскопами, которые крепились к капам – специальным приспособлениям из гибкой пластмассы, надеваемым на зубы, чтобы защитить их от спортивных травм. Игроки в игре постоянно сталкиваются друг с другом, и таких столкновений удалось записать 189 (из которых два закончились настоящим сотрясением мозга). Информацию, которую удалось собрать с акселерометров и гироскопов, проанализировали вместе с данными о состоянии поврежденных мозговых тканей, собранных преимущественно у покойников.
В статье в Physical Review Lettersговорится, что каждый сильный удар по голове заставляет мозг вибрировать с разными частотами; сильнее всего оказываются вибрации с частотой 30 герц. Энергия удара поглощается такими микродвижениями, которые длятся всего лишь доли секунды.
Однако чем сильнее удар, тем больше разных колебательных частот возникает в мозге, и повреждения возникают как раз потому, что мозговые зоны, которые находятся рядом, вибрируют с разными частотами. Например, если удар оказался достаточно силен, чтобы человек потерял сознание, мозолистое тело в его мозге будет трястись более частой дрожью, чем то, что вокруг него. Хотя растяжения и сжатия мозговых тканей, трясущихся не в унисон, длятся очень и очень недолго, этого все равно достаточно, чтобы причинить мозгу неприятности.
Некоторые специалисты полагают, что одних лишь данных от физических датчиков, установленных на спортивном снаряжении, здесь недостаточно, и что хорошо бы поставить похожий эксперимент в лаборатории: человек получает умеренный удар по голове (разумеется, с собственного согласия), а за его мозгом в этот момент наблюдают с помощью томографии. Тогда, имея на руках томографические снимки, можно будет в точности понять, что происходит с мозгом непосредственно в момент травмы.
Но, так или иначе, полученные результаты уже сейчас можно было бы учитывать, конструируя разнообразные средства индивидуальной защиты: например, зная, как распространяются вибрации по мозгу, можно соорудить такой шлем, который не позволял бы наиболее опасным колебаниям проникать в наиболее чувствительные мозговые зоны.