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modelo tridimensional de Brain Reconstructs Moment del futbolista del impacto
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Los científicos han modelado qué sucede al cerebro de un futbolista cuando él choca fuertemente con otro jugador.
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El estudio, conducido por los investigadores en el Imperial College London, fue realizado para entender más detalladamente el vínculo entre la lesión cerebral traumática (TBI) y la encefalopatía traumática crónica (CTE). Este último es una forma de demencia y causa una acumulación a largo plazo de las proteínas llamadas tau, asociada a la degeneración del tejido cerebral y de la salud decreciente.
TBI ocurre cuando los impactos de una fuerza externa en el cerebro. La gente que ha estado implicada en incidentes únicos de TBI tales como accidentes de la motocicleta, y sportspeople como los futbolistas que tienen TBIs repetidor de colisiones en el campo, es ambo vulnerable a CTE. Los científicos creen que hay un vínculo entre el impacto inicial en un TBI y donde los depósitos del tau se acumulan en el cerebro.
Ahora, los investigadores imperiales han modelado cómo el tejido cerebral deforma durante un impacto entre dos jugadores de fútbol americano en el campo. También han modelado qué sucede al cerebro de una persona cuando él tiene una caída del nivel del suelo y el impacto inicial al cerebro en un accidente de la motocicleta. Compararon sus modelos de alta fidelidad tridimensionales a los datos de MRI sobre una cohorte de 97 pacientes con TBI, y estudios en los datos post mortem de los cerebros de futbolistas de la asociación del fútbol nacional de América (NFL) con CTE, donado previamente a los institutos de la ciencia en América para el análisis. Observaron la deposición del tau en los cerebros, que entonces fue diagnosticada como CTE.
“En TBI, la fuerza del soplo sacude el cerebro, que es similar en textura gelatinar. Este proceso de sacudida deforma el tejido cerebral y puede causar los vasos sanguíneos rotos y las células nerviosas dañadas, y complicaciones más severas después. Hemos podido replicar esos momentos iniciales en que el cerebro de la ‘jalea’ primero es deformado en impacto, combinando principios que dirigen y conocimiento médico. Esto está proveyendo de nosotros nuevas penetraciones,” dijo a Mazdak Ghajari, ingeniero que co-llevó el estudio de Dyson School de la ingeniería de diseño en el Imperial College London.
El equipo imperial mostró en todos sus modelos tridimensionales que el daño creado de un TBI es el más grande con las profundidades de los dobleces en la superficie del cerebro llamó los surcos. Los estudios anteriores en CTE han mostrado que el tau también acumula en surcos. Además, el equipo descubrió que la ubicación y la severidad del soplo a la cabeza en impacto pueden tener una influencia significativa en la magnitud y el modelo de lesión después cuando CTE se convierte.
Los investigadores dicen que la clarificación adicional de estos vínculos en los estudios futuros será la llave a analizar los efectos a largo plazo de los impactos principales. Esto podía llevar a las nuevas mejoras en estrategias protectoras, incluyendo nuevos tipos de diseños del casco.
Las “tecnologías actuales para evaluar seguridad del casco son bastante crudas. Nuestro trabajo todavía está en los primeros tiempos, pero creemos que muestra la promesa para más exactamente modelar cómo el cerebro deforma en diversos tipos de impactos. Usando este conocimiento podríamos refinar el diseño de áreas particulares de cascos de modo que pudieran soportar las colisiones asociadas a los tipos concretos de deportes. Podríamos también diseñar el sombrero que puede más proteger a los motoristas, que son tan vulnerables en el camino. En última instancia, pensamos que un mejor desgaste protector puede prevenir enfermedades a largo plazo tales como CTE,” añadió Ghajari.
Modelado de lesión
El equipo realizó su modelado recopilando datos de incidentes reales. En el caso de los jugadores de fútbol americano, el equipo imperial utilizó los datos que fueron recogidos originalmente por Biokinetics y Associates Ltd (Canadá). Los datos fueron recogidos de los juegos de NFL que ocurrieron a partir de 1996 a 2001. Un total de 182 colisiones fueron registradas en el estudio. El equipo imperial eligió una colisión que él pensó fue reconstruido bien en el laboratorio y entró estos datos en su modelo.
El equipo reconstruyó segunda lesión usando los informes médicos que detallaron la caída de un paciente a un piso de mármol, del nivel del suelo. Reconstruyeron la caída usando un maniquí y registraron las aceleraciones principales durante impacto.
El accidente que implicaba una colisión entre un motorista y un vehículo de pasajeros fue reconstruido en el laboratorio de investigación del transporte. Los instrumentos fueron cabidos dentro de una cabeza simulada que llevaba un casco, idéntico al que está llevado en el accidente, y los impactos fueron registrados. La ubicación y la velocidad del impacto fueron ajustadas para replicar de cerca el daño considerado en la cáscara y la alineación del casco.
La información registrada de los sensores durante cada reconstrucción fue alimentada en un modelo tridimensional en un ordenador, creado de exploraciones de MRI de un varón de 34 años sano. El software del equipo las permitió al pixelate la cabeza en un millón elementos hexahedral y un cuarto de los elementos cuadriláteros del millón, que representaron 11 tipos de tejidos incluyendo el cuero cabelludo, el cráneo, el cerebro y las características anatómicas tales como los surcos. Esto les dio la capacidad de alta fidelidad de centrarse detalladamente en las piezas dañadas más del impacto inicial de un TBI. Entonces compararon sus modelos con los datos de MRI y los estudios post mortem de futbolistas americanos con CTE, que mostró fuerzas mecánicas a la hora de la colisión se concentran en las ubicaciones de la deposición del tau consideradas en los cerebros de los futbolistas con demencia.
El futuro
“Somos muy emocionados por la capacidad de ligar los efectos tempranos y últimos de las lesiones en la cabeza. Un desafío grande está identificando a pacientes a riesgo de demencia después de la lesión en la cabeza y nuestro estudio proporciona una manera de conectar los acontecimientos críticos en este proceso. Trabajaremos para entender cómo la manera que el cerebro deforma las ventajas a la degeneración del cerebro, pues éste será dominante a la protección contra demencia,” dijo a David Sharp, co-autor del departamento de medicina en el Imperial College London.
Los investigadores planean utilizar el modelo de ordenador para optimizar el diseño de sombreros que se divierten, con el foco en dos deportes de la corriente principal, fútbol americano y el montar a caballo.
El equipo también trabajará con los investigadores del centro británico real de la legión para los estudios de la ráfaga en imperial, explorando los efectos de ráfagas sobre el tejido cerebral.