78. NEUROLOGIE & NEUROSCIENCES.
Les œufs révèlent ce qui arrive au cerveau lors d'un impact
Résumé : Les chercheurs ont utilisé des œufs pour trouver un traumatisme cérébral causé par un impact.
Source: Institut américain de physique
Qu'est-ce qui cause les commotions cérébrales? Est-ce un impact direct de translation ou de rotation? C'est l'un des domaines de recherche actuellement explorés par le laboratoire de Qianhong Wu à l'Université Villanova.
Notre cerveau est composé de matière molle baignée de liquide céphalo-rachidien (LCR) aqueux à l'intérieur d'un crâne dur. Un impact sur le crâne dur est transmis par la fine couche de LCR dans l'espace sous-arachnoïdien à la matière cérébrale molle.
Dans Physics of Fluids, d'AIP Publishing, Wu et les co-auteurs Ji Lang et Rungun Nathan décrivent l'étude d'un autre système avec les mêmes caractéristiques, un œuf, pour rechercher des réponses. Un œuf ressemble au cerveau, car son jaune mou est baigné dans un blanc d'oeuf liquide à l'intérieur d'une coquille dure.
Considérant que dans la plupart des traumatismes crâniens par commotion cérébrale, le crâne ne se brise pas, Wu a voulu savoir s'il était possible de casser ou de déformer le jaune d'œuf sans casser la coquille de l'œuf.
Les chercheurs ont fait une expérience simple en utilisant un brouilleur d'œufs, à partir de laquelle ils ont pu voir que la force de rotation peut facilement casser le jaune d'œuf et le faire se mélanger au blanc d'œuf.
En termes de concepts de base derrière ce travail, une capsule molle - matière molle liée à la membrane - baigne dans un liquide contenu. La capsule a une membrane imperméable, séparant le liquide à l'intérieur de la capsule de l'extérieur.
Deux types d'impacts peuvent être imposés sur le conteneur extérieur. Un impact de translation est celui qui frappe directement le conteneur, tandis qu'un impact de rotation se produit lorsque le conteneur externe est en rotation accélérée ou ralentie. Cette dernière se pose naturellement dans le sport lorsque les casques ne sont pas ronds. Considérez, par exemple, la paire de crêtes de renforcement derrière de nombreux modèles de casques de hockey sur glace.
Les chercheurs ont découvert quelque chose d'assez contre-intuitif et de très surprenant. L'impact de translation direct ne provoque pas la déformation de l'œuf, tandis que la décélération de rotation provoque une énorme déformation du jaune d'œuf. Cette découverte met en lumière le mouvement et la déformation de notre cerveau lorsque la tête est exposée à des chocs externes soudains.
«Nous soupçonnons que l'impact de rotation, en particulier de rotation de décélération, est plus nocif pour la matière cérébrale», a déclaré Wu. «La grande déformation de la matière cérébrale au cours de ce processus induit l'étirement des neurones et cause des dommages.»
Cette découverte explique pourquoi les boxeurs s'évanouiront très probablement s'ils sont touchés au menton.
A) Réactions du jaune d'oeuf sous impact translationnel. L'obus a été frappé avec un marteau pour obtenir une accélération de translation. B) Réactions du jaune d'œuf sous l'impact de l'accélération de rotation. Le conteneur a été réglé pour tourner instantanément. C) Réactions du jaune d'œuf sous l'effet de la décélération en rotation. La vitesse de rotation du récipient a été fortement réduite pour créer un impact de décélération sur le jaune d'oeuf. Crédit: Ji Lang et Qianhong Wu
« Étant donné que le menton est le point le plus éloigné du cou, frapper le menton pourrait provoquer l'accélération / décélération rotationnelle la plus élevée de la tête », a-t-il déclaré.
En ce qui concerne les commotions cérébrales, qui sont un problème grave pour la santé publique, «on ne sait toujours pas comment le cerveau est blessé et comment éviter de telles blessures», a déclaré Wu.
"La pensée critique, ainsi que des expériences simples dans la cuisine, ont conduit à une série d'études systématiques pour examiner les mécanismes qui provoquent la déformation du jaune d'oeuf", a déclaré Wu. «Nous espérons appliquer les leçons apprises à l'étude de la biomécanique cérébrale ainsi qu'à d'autres processus physiques impliquant des capsules molles dans un environnement liquide, comme les globules rouges.
En tant que première étude du genre, ce travail offre une nouvelle perspective pour comprendre la réponse d'un objet mou lié à une membrane à des chocs externes soudains. Cette nouvelle perspective intéressera les concepteurs de casques.
À propos de cette actualité de recherche en neurologie
Source: American Institute of Physics
Contact: Larry Frum - American Institute of Physics
Image: L'image est attribuée à Ji Lang et Qianhong Wu
Recherche originale: Accès fermé.
« Comment déformer un jaune d'oeuf ? Sur l'étude de la déformation de la matière molle dans un environnement liquide »par Qianhong Wu, Ji Lang et Rungun Nathan. Physique des fluides
Abstrait
Comment déformer un jaune d'oeuf ? Sur l'étude de la déformation de la matière molle en milieu liquide
Dans cet article, nous rapportons une nouvelle étude expérimentale visant à examiner la réponse d'une capsule molle baignée dans un environnement liquide à des impacts externes soudains. En prenant un jaune d'œuf comme exemple, nous avons constaté que la matière molle n'est pas sensible aux impacts de translation mais est très sensible aux impacts de rotation, en particulier de décélération-rotation, au cours desquels la force centrifuge et la forme de la membrane jouent ensemble un rôle critique. en provoquant la déformation de l'objet mou. Cette découverte, en tant que première étude du genre, révèle la physique fondamentale derrière le mouvement et la déformation d'un objet mou lié à la membrane, par exemple le jaune d'œuf, les cellules et la matière molle du cerveau, en réponse à des impacts externes.
Février 2021
