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3-D Modell von Brain Reconstructs Moment des Fußball-Spielers der Auswirkung

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Wissenschaftler haben modelliert, was dem Gehirn eines Fußballspielers geschieht, wenn er stark mit einem anderen Spieler zusammenstößt.

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Die Studie, geleitet von den Forschern am Imperial College London, wurde durchgeführt, um die Verbindung zwischen traumatischer Gehirnverletzung (TBI) und chronischer traumatischer Enzephalopathie (CTE) ausführlicher zu verstehen. Das letztere ist eine Form der Demenz und verursacht eine langfristige Anhäufung von den Proteinen, die tau genannt werden, verbunden mit der Degeneration des Hirngewebes und der abnehmenden Gesundheit.

TBI tritt wenn Auswirkungen einer externen Kraft auf das Gehirn auf. Leute, die in einmalige TBI-Vorfälle wie Motorradunfälle und in sportspeople wie Fußballspieler miteinbezogen worden sind, die sich wiederholendes TBIs von den Zusammenstößen auf dem Feld haben, sind zu CTE beides verletzbares. Wissenschaftler glauben, dass es eine Verbindung zwischen der Anfangsauswirkung in einem TBI gibt und wo tau-Ablagerungen im Gehirn aufbauen.

Jetzt haben Kaiserforscher modelliert, wie Hirngewebe während einer Auswirkung zwischen zwei Spielern des amerikanischen Fußballs auf das Feld sich verformt. Sie haben auch modelliert, was dem Gehirn einer Person geschieht, wenn sie einen Grundniveaufall und die Anfangsauswirkung zum Gehirn in einem Motorradunfall haben. Sie verglichen ihre 3-D klangtreuen Modelle mit MRI-Daten bezüglich einer Kohorte von 97 Patienten mit TBI und Untersuchungen über post mortem Daten der Gehirne der Fußballspieler von Amerikas nationalem Fußballverband (NFL) mit CTE, vorher gespendet zu den Wissenschaftsinstituten in Amerika für Analyse. Sie beobachteten tau-Absetzung in den Gehirnen, die dann als CTE bestimmt wurde.

„In TBI, rüttelt die Kraft des Schlages das Gehirn, das in der Beschaffenheit ähnlich ist zu gelieren. Dieser rüttelnde Prozess verformt das Hirngewebe und kann gebrochene Blutgefäße und geschädigte Nervenzellen und schwerere Komplikationen später verursachen. Wir sind in der Lage gewesen, jene Anfangsmomente zu wiederholen, als das ‚Gelee‘ Gehirn zuerst auf Auswirkung verformt wird, indem man Technikprinzipien und medizinisches Wissen kombiniert. Dieses versieht uns mit neuen Einblicken,“ sagte Mazdak Ghajari, einen Ingenieur, der mit-geführt die Studie von Dyson School des Konstrukteurs am Imperial College London.

Das Kaiserteam zeigte in allen ihren 3-D Modellen, dass der Schaden, der von einem TBI geschaffen wird, in den Tiefen der Falten auf der Oberfläche des Gehirns nannte Sulci am größten ist. Vorhergehende Untersuchungen über CTE haben gezeigt, dass tau auch in den Sulci ansammelt. Darüber hinaus entdeckte das Team, dass der Standort und die Schwere des Schlages zum Kopf auf Auswirkung einen bedeutenden Einfluss auf die Größe und das Muster der Verletzung später haben können, wenn CTE sich entwickelt.

Die Forscher sagen, dass weitere Erklärung dieser Verbindungen in den zukünftigen Studien der Schlüssel zum Analysieren der Langzeitwirkungen der Hauptauswirkungen ist. Dieses konnte zu neue Verbesserungen in den schützenden Strategien, einschließlich neue Typen von Sturzhelmentwürfen führen.

„Gegenwärtige Technologien für das Festsetzen von Sturzhelmsicherheit sind recht grob. Unsere Arbeit ist noch in den Anfangsstadien, aber wir glauben, dass sie für genauer modellieren viel versprechend ist, wie das Gehirn in den verschiedenen Arten von Auswirkungen sich verformt. Unter Verwendung dieses Wissens könnten wir den Entwurf von bestimmten Bereichen von Sturzhelmen weiter entwickeln, damit sie den Zusammenstößen widerstehen konnten, die mit bestimmten Arten des Sports verbunden sind. Wir könnten Kopfbedeckung auch entwerfen, die ist, Motorradfahrer abzuschirmen, die auf der Straße so verletzbar sind. Schließlich denken wir, dass bessere schützende Abnutzung möglicherweise langfristige Krankheiten wie CTE verhindert,“ addierten Ghajari.

Verletzungsmodellieren

Das Team führte ihr Modellieren durch, indem es Daten von den wirklichen Vorfällen erfasste. Im Falle der Spieler des amerikanischen Fußballs verwendete das Kaiserteam Daten, die ursprünglich durch Biokinetics und Associates Ltd (Kanada) gesammelt wurden. Die Daten wurden von NFL-Spielen gesammelt, die von 1996 bis 2001 auftraten. Insgesamt 182 Zusammenstöße wurden in der Studie notiert. Das Kaiserteam wählte einen Zusammenstoß, den sie wurden wieder aufgebaut gut im Labor und eingaben diese Daten in ihr Modell dachten.

Das Team baute die zweite Verletzung unter Verwendung der Krankenblätter, die den Fall eines Patienten zu einem Marmorboden einzeln aufführten, von der Bodenhöhe wieder auf. Sie bauten den Fall unter Verwendung einer Attrappe wieder auf und notierten die Hauptbeschleunigungen während der Auswirkung.

Der Unfall, der einen Zusammenstoß zwischen einem Motorradfahrer und einem Personenkraftwagen mit einbezieht, wurde am Transport-Forschungslabor wieder aufgebaut. Instrumente wurden innerhalb eines blinden Kopfes gepasst, der einen Sturzhelm trägt, der bis den identisch ist, der im Unfall getragen wurde, und die Auswirkungen wurden notiert. Der Standort und die Geschwindigkeit der Auswirkung wurden justiert, um den Schaden nah zu wiederholen, der auf dem Oberteil und dem Zeichnen des Sturzhelms gesehen wurde.

Die Informationen, die von den Sensoren während jeder Rekonstruktion notiert wurden, wurden in ein 3-D Modell auf einem Computer eingezogen, hergestellt von MRI-Scans eines gesunden 34-jährigen Mannes. Die Software des Teams ermöglichte ihnen zum pixelate der Kopf in eine Million hexahedral Elemente und in vierseitige Elemente einer Viertelmillion, die 11 Arten Gewebe einschließlich die Kopfhaut, den Schädel, das Gehirn und die anatomischen Eigenschaften wie die Sulci darstellten. Dieses gab ihnen die Kapazität der hohen Wiedergabetreue, sich auf die Teile im Detail zu konzentrieren, die höchst von der Anfangsauswirkung eines TBI geschädigt wurden. Sie verglichen dann ihre Modelle mit den MRI-Daten und post mortem Studien von amerikanischen Fußballspielern mit CTE, das mechanische Kräfte zu der Zeit des Zusammenstoßes zeigte, werden in den Standorten von tau-Absetzung gesehen in den Gehirnen der Fußballspieler mit Demenz konzentriert.

Die Zukunft

„Wir sind durch die Fähigkeit, und Spätfolgen von Kopfverletzungen früh zu verbinden sehr aufgeregt. Eine große Herausforderung identifiziert Risikopatienten der Demenz nach Kopfverletzung und unsere Studie liefert eine Weise, die kritischen Ereignisse in diesem Prozess anzuschließen. Wir werden arbeiten, um zu verstehen, wie die Weise, die das Gehirn Führungen zur Gehirndegeneration verformt, da dieses zum Schützen gegen Demenz Schlüssel ist,“ David Sharp, Mitverfasser von der Abteilung von Medizin am Imperial College London sagte.

Die Forscher planen, das Computermodell zu benutzen, um den Entwurf von Sport- Kopfbedeckungen, mit Fokus auf zwei Mainstreamsport, amerikanischem Fußball und Reiten zu optimieren.

Das Team wird auch mit Forschern von der königlichen britischen Legions-Mitte für Explosions-Studien an Kaiser arbeiten und erforschen wird die Effekte von Explosionen auf Hirngewebe.