¿Qué causa las conmociones cerebrales? ¿Es un impacto directo traslacional o rotacional? Esta es una de las áreas de investigación que actualmente está siendo explorada por el laboratorio de Qianhong Wu en la Universidad de Villanova.

Nuestros cerebros consisten en materia blanda bañada en líquido cefalorraquídeo (LCR) acuoso dentro de un cráneo duro. Un impacto en el cráneo duro se transmite a través de la fina capa de LCR dentro del espacio subaracnoideo a la materia blanda del cerebro.

En Física de fluidos , Wu y los coautores Ji Lang y Rungun Nathan describen el estudio de otro sistema con las mismas características, un huevo, para buscar respuestas. Un huevo se parece al cerebro porque su yema blanda se baña dentro de una clara de huevo líquida dentro de una cáscara dura.

Teniendo en cuenta que en la mayoría de las lesiones cerebrales por conmoción cerebral, el cráneo no se rompe, Wu quería saber si era posible romper o deformar la yema de huevo sin romper la cáscara.

Los investigadores hicieron un experimento simple usando un revolvedor de huevos, por lo que pudieron ver que la fuerza de rotación puede romper fácilmente la yema de huevo y hacer que se mezcle con la clara de huevo.

En términos de conceptos básicos detrás de este trabajo, una cápsula blanda (materia blanda unida a la membrana) se baña en un líquido contenido. La cápsula tiene una membrana impermeable, separando el líquido del interior de la cápsula del exterior.

Se pueden imponer dos tipos de impactos sobre el contenedor exterior. Un impacto traslacional es aquel que golpea el contenedor directamente, mientras que un impacto rotacional ocurre cuando el contenedor exterior se acelera o desacelera girando. Este último surge de forma natural en los deportes cuando los cascos no son redondos. Considerar, por ejemplo, el par de crestas que se endurecen detrás de muchos diseños de cascos de hockey sobre hielo.

Los investigadores descubrieron algo bastante contradictorio y muy sorprendente. El impacto de traslación directo no causa la deformación del huevo, mientras que la desaceleración rotacional provoca una tremenda deformación de la yema de huevo. Este hallazgo arroja luz sobre el movimiento y la deformación de nuestro cerebro cuando la cabeza está expuesta a impactos externos repentinos.

"Sospechamos que rotacional, especialmente rotacional deceleración, el impacto es más dañino para la materia cerebral, ", dijo Wu." La gran deformación de la materia cerebral durante este proceso induce el estiramiento de las neuronas y causa el daño ".

Este hallazgo explica por qué es muy probable que los boxeadores se desmayen si reciben un golpe en la barbilla.

"Teniendo en cuenta que la barbilla es el punto más alejado del cuello, golpear la barbilla podría causar la mayor aceleración / desaceleración rotacional de la cabeza, " él dijo.

Cuando se trata de conmociones cerebrales, que son un problema grave para la salud pública, "no está claro cómo se lesiona el cerebro y cómo evitarlas, "dijo Wu.

"Pensamiento crítico, junto con experimentos sencillos en la cocina, condujo a una serie de estudios sistemáticos para examinar los mecanismos que causan la deformación de la yema de huevo, ", Dijo Wu." Esperamos aplicar las lecciones aprendidas al estudio de la biomecánica del cerebro, así como otros procesos físicos que involucran cápsulas blandas en un ambiente líquido ". como los glóbulos rojos ".

Como primer estudio de este tipo, este trabajo proporciona una nueva perspectiva para comprender la respuesta de un objeto blando unido a una membrana a los impactos externos repentinos. Esta nueva perspectiva interesará a los que diseñan cascos.