Наш мозг может расколоться в 10 раз легче, чем пенополистирол

Джолигон/iStock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Человеческий мозг – один из наших «совершенно» неразгаданных органов, со своей физиологией и биологией. Оно до сих пор таит в себе множество загадок. Мягкий, как торт, но в то же время очень крепкий. Согласно новому исследованию Кардиффского университета, мозг ломается в десять раз легче, чем пенополистирол.

В 197-м выпуске журнала Royal Society Interface Николас Беннион и его команда разработали метод, позволяющий лучше понять физические характеристики мозга живых людей в ходе исследования.

Как первоначально сообщал New Scientist, они определили различные свойства материала мозга и тканей, которые соединяют его с черепом, объединив алгоритм машинного обучения с МРТ-сканированием пациентов, лежащих лицом вниз, а затем лицом вверх, чтобы изменить расположение мозга в череп. Они измерили способность мозга сжиматься под давлением, как он реагирует на давление в боковом направлении и насколько упругими являются соединительные ткани.

МындзякVideo/iStock

«Если вы возьмете мозг, который никак не сохранялся, то увидите, что его жесткость невероятно низка, и он очень легко распадается. И на самом деле он, вероятно, намного мягче, чем думает большинство людей», — говорит Беннион.

Помимо того, что мозг мягче пенополистирола, Беннион и его команда также выяснили, что мозг в 1000 раз менее устойчив к боковому давлению, чем резина, что делает его таким же податливым, как кусок желатина.

Согласно исследованию, МРТ-исследование было проведено совместно с Исследовательским центром визуализации мозга Кардиффского университета на 11 пациентах (семь мужчин и четыре женщины) в возрасте от 22 до 30 лет. Чтобы убедиться, что мозг полностью расслабился после 20 минут предварительной подготовки лицом вниз, была сделана только одна фотография лежа. Затем, после перевода в типичное положение лежа на спине, испытуемых снова сканировали.

Изображения в положении лежа и на спине сначала были выровнены с использованием только аффинной регистрации черепа для измерения смещения поперек головного мозга. Затем по всему объему в индивидуальном пространстве субъекта создавалось векторное поле смещения путем деформируемой регистрации от изображений, лежащих на спине, до изображений, лежащих на спине.

С помощью предоперационной МРТ команда хочет использовать свою модель для прогнозирования изменений мозга, которые произойдут во время операции для каждого конкретного пациента. Это может сделать операции менее инвазивными, устраняя необходимость многократного имплантирования инструментов в мозг, пока они не найдут нужное место.

Аннотация исследования:

Компьютерное моделирование мозга требует точного представления соответствующих тканей. Механические испытания имеют множество проблем, особенно при низких скоростях деформации, например в нейрохирургии, где перераспределение жидкости имеет биомеханическое значение. В FEBio была создана модель конечных элементов (FE), включающая представление взаимодействия пружинного элемента/жидкости и структуры мягко-арахноидального комплекса (PAC). Модель была загружена для отображения гравитации в положениях лежа и лежа. Идентификация параметров материала и анализ чувствительности были выполнены с использованием статистического программного обеспечения, сравнивая результаты FE с измерениями человека in vivo. Результаты для параметров Огдена мозга µ, α и k дали значения 670 Па, -19 и 148 кПа, что подтверждает значения, указанные в литературе. Значения порядка 1,2 МПа и 7,7 кПа были получены для жесткости мягкой мозговой оболочки и жесткости растяжения вне плоскости PAC соответственно. Было обнаружено, что позиционный сдвиг мозга не является жестким и в значительной степени обусловлен перераспределением жидкости внутри тканей. Насколько нам известно, это первое исследование, в котором используются данные in vivo о людях и гравитационная нагрузка для оценки свойств материала внутричерепных тканей. Теперь эту модель можно применять для уменьшения влияния позиционного сдвига мозга в стереотаксической нейрохирургии.