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modèle à trois dimensions de Brain Reconstructs Moment du joueur de football d'impact

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Les scientifiques ont modelé ce qui arrive au cerveau d'un joueur de football quand il se heurte avec force un autre joueur.

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L'étude, entreprise par des chercheurs à l'Imperial College London, a été effectuée pour comprendre plus en détail le lien entre la lésion cérébrale traumatique (TBI) et l'encéphalopathie traumatique chronique (CTE). Ce dernier est une forme de démence et cause un habillage à long terme des protéines appelées le tau, lié à la dégénérescence du tissu cérébral et de la santé en baisse.

TBI se produit quand des impacts d'une force externe sur le cerveau. Les gens qui ont été impliqués dans les incidents uniques de TBI tels que des accidents de moto, et le sportspeople comme les footballers qui ont TBIs répétitif des collisions sur le champ, sont les deux vulnérables à CTE. Les scientifiques croient qu'il y a un lien entre l'impact initial dans un TBI et où les dépôts de tau s'accumulent dans le cerveau.

Maintenant, les chercheurs impériaux ont modelé comment le tissu cérébral déforme pendant un impact entre deux joueurs de football américain sur le champ. Ils ont également modelé ce qui arrive au cerveau d'une personne quand elles ont une chute de niveau du sol et l'impact initial au cerveau dans un accident de moto. Ils ont comparé leurs modèles haute-fidélité à trois dimensions aux données d'IRM sur une cohorte de 97 patients à TBI, et études sur des données post mortem des cerveaux des footballers de l'association de football nationale de l'Amérique (NFL) à CTE, précédemment donné aux instituts de la science en Amérique pour l'analyse. Ils ont observé le dépôt de tau dans les cerveaux, qui a été alors diagnostiqué comme CTE.

« Dans TBI, la force du coup secoue le cerveau, qui est semblable dans la texture pour geler. Ce processus de secousse déforme le tissu cérébral et peut causer les vaisseaux sanguins rompus et les cellules nerveuses endommagées, et les complications plus graves plus tard. Nous avons pu replier ces moments initiaux où le cerveau de “gelée” est d'abord déformé sur l'impact, en combinant des principes de construction et la connaissance médicale. Ceci nous fournit de nouvelles analyses, » a dit Mazdak Ghajari, un ingénieur qui dirigé par Co l'étude de Dyson School de l'ingénieur d'études à l'Imperial College London.

L'équipe impériale a prouvé dans tous leurs modèles à trois dimensions que les dommages créés d'un TBI sont les plus grands dans les profondeurs des plis sur la surface du cerveau ont appelé des sulcatures. Les études précédentes sur CTE ont prouvé que le tau s'accumule également dans des sulcatures. En outre, l'équipe a découvert que l'emplacement et la sévérité du coup à la tête sur l'impact peuvent avoir une influence significative sur l'importance et le modèle de la blessure plus tard quand CTE se développe.

Les chercheurs disent que davantage de clarification de ces liens dans de futures études sera la clé à analyser les effets à long terme des impacts principaux. Ceci a pu mener à de nouvelles améliorations dans des stratégies protectrices, y compris de nouveaux types de conceptions de casque.

« Les technologies actuelles pour évaluer la sécurité de casque sont assez brutes. Notre travail est toujours aux parties, mais nous croyons qu'il se montre pour modeler prometteur plus exactement comment le cerveau déforme dans différents types d'impacts. Utilisant cette connaissance nous pourrions raffiner la conception des secteurs particuliers des casques de sorte qu'ils aient pu résister à des collisions liées aux types particuliers de sports. Nous pourrions également concevoir le couvre-chef qui peut protéger les motocyclistes, qui sont si vulnérables sur la route. Finalement, nous pensons qu'un meilleur usage protecteur peut empêcher les maladies à long terme telles que CTE, » a ajouté Ghajari.

Modélisation de blessure

L'équipe a effectué leur modélisation en recueillant des données de vrais incidents. Dans le cas des joueurs de football américain, l'équipe impériale a employé les données qui ont été à l'origine rassemblées par Biokinetics et Associates Ltd (Canada). Les données ont été rassemblées des jeux de NFL qui se sont produits à partir de 1996 à 2001. Un total de 182 collisions ont été enregistrées dans l'étude. L'équipe impériale a choisi une collision qu'elles ont pensée ont été bien reconstruites dans le laboratoire et ont entré ces données dans leur modèle.

L'équipe a reconstruit la deuxième blessure utilisant les disques médicaux qui ont détaillé la chute d'un patient à un plancher de marbre, du niveau du sol. Ils ont reconstruit la chute utilisant un simulacre et ont enregistré les accélérations principales pendant l'impact.

L'accident impliquant une collision entre un motocycliste et une voiture de tourisme a été reconstruit au laboratoire de recherche de transport. Des instruments ont été adaptés à l'intérieur d'une tête factice portant un casque, identique à celui porté dans l'accident, et les impacts ont été enregistrés. L'emplacement et la vitesse de l'impact ont été ajustés pour replier étroitement les dommages vus sur la coquille et le revêtement du casque.

L'information enregistrée des capteurs pendant chaque reconstruction a été introduite dans un modèle à trois dimensions sur un ordinateur, créé des balayages d'IRM d'un mâle de 34 ans en bonne santé. Le logiciel de l'équipe les a permis au pixelate la tête dans un million d'éléments hexaèdres et un quart d'éléments quadrilatéraux de million, qui ont représenté 11 types de tissus comprenant le cuir chevelu, le crâne, le cerveau et les caractéristiques anatomiques telles que les sulcatures. Ceci leur a donné la capacité de haute fidélité de se concentrer en détail sur des pièces plus endommagées de l'impact initial d'un TBI. Elles ont alors comparé leurs modèles aux données d'IRM et des études post mortem des footballers américains avec CTE, qui a montré les forces mécaniques à l'heure de la collision sont concentrées dans les emplacements du dépôt de tau vus dans les cerveaux des footballers avec la démence.

L'avenir

« Nous sommes très enthousiastes par la capacité de lier les premiers et en retard effets des blessures à la tête. Un grand défi identifie des patients en danger de démence après la blessure à la tête et notre étude fournit une manière de relier les événements critiques dans ce processus. Nous travaillerons pour comprendre comment la manière que le cerveau déforme des avances à la dégénérescence de cerveau, car ce sera principal à la protection contre la démence, » a indiqué David Sharp, co-auteur du département de la médecine à l'Imperial College London.

Les chercheurs prévoient d'utiliser le type d'ordinateur pour optimiser la conception des couvre-chefs sportifs, avec le foyer sur deux sports de courant principal, footballs américains et équitations.

L'équipe travaillera également avec des chercheurs du centre britannique royal de légion pour des études de souffle à impérial, explorant les effets des souffles sur le tissu cérébral.