Il nostro cervello può scheggiarsi 10 volte più facilmente del polistirolo espanso

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Il cervello umano è uno dei nostri organi "completamente" irrisolti, con la sua fisiologia e biologia. Incarna ancora molti misteri. Morbida come una torta ma allo stesso tempo fortissima. Alla luce di un nuovo studio dell’Università di Cardiff, il cervello si rompe dieci volte più facilmente del polistirolo espanso.

Pubblicato nel numero 197 del Journal of Royal Society Interface, Nicholas Bennion e il suo team hanno sviluppato un metodo per comprendere meglio le caratteristiche fisiche del cervello delle persone viventi nello studio.

Come inizialmente riportato da New Scientist, hanno determinato varie proprietà materiali del cervello e dei tessuti che lo collegano al cranio combinando un algoritmo di apprendimento automatico con scansioni MRI di pazienti sdraiati a faccia in giù e poi rivolti verso l'alto per spostare il posizionamento del cervello nel cranio. cranio. Hanno misurato la capacità del cervello di collassare sotto pressione, come risponde alla spinta in direzione laterale e quanto rimbalzano i tessuti connettivi.

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"Se prendi un cervello che non è stato preservato in alcun modo, la sua rigidità è incredibilmente bassa e si rompe molto facilmente. Ed è probabilmente molto più morbido di quanto la maggior parte delle persone creda", afferma Bennion.

Oltre ad essere più morbido del polistirene espanso, Bennion e il suo team hanno anche scoperto che il cervello è 1.000 volte meno resistente alla pressione laterale rispetto alla gomma, rendendolo flessibile come una lastra di gelatina.

Lo studio MRI è stato condotto in collaborazione con il Brain Imaging Research Center dell'Università di Cardiff su 11 soggetti (sette maschi, quattro femmine) di età compresa tra 22 e 30 anni, secondo lo studio. Per assicurarsi che il cervello si fosse completamente rilassato dopo 20 minuti di precondizionamento a faccia in giù, è stata scattata solo una fotografia in posizione prona. Quindi, dopo essere stati capovolti nella tipica posizione supina, i soggetti sono stati nuovamente sottoposti a scansione.

Le immagini prona e supina sono state prima allineate utilizzando la registrazione affine del solo cranio per misurare lo spostamento attraverso il cervello. È stato quindi creato un campo di spostamento vettoriale sull'intero volume nello spazio del singolo soggetto mediante registrazione deformabile dalle immagini prona a quella supina.

Con l'aiuto delle scansioni MRI preoperatorie, il team vuole utilizzare il proprio modello per prevedere i cambiamenti cerebrali che si verificheranno durante l'intervento chirurgico per ogni singolo paziente. Ciò potrebbe rendere le operazioni meno invasive eliminando la necessità di impiantare ripetutamente strumenti nel cervello finché non trovano la posizione giusta.

Estratto dello studio:

La modellazione computazionale del cervello richiede una rappresentazione accurata dei tessuti interessati. I test meccanici presentano numerose sfide, in particolare per velocità di deformazione basse, come la neurochirurgia, dove la ridistribuzione del fluido è biomeccanicamente importante. Un modello a elementi finiti (FE) è stato generato in FEBio, incorporando una rappresentazione dell'interazione elemento molla/fluido-struttura del complesso pia-aracnoide (PAC). Il modello è stato caricato per rappresentare la gravità in posizione prona e supina. L'identificazione dei parametri del materiale e l'analisi della sensibilità sono state eseguite utilizzando un software statistico, confrontando i risultati FE con le misurazioni umane in vivo. I risultati per i parametri Ogden del cervello µ, α e k hanno prodotto valori di 670 Pa, −19 e 148 kPa, supportando i valori riportati in letteratura. Valori dell'ordine di 1,2 MPa e 7,7 kPa sono stati ottenuti rispettivamente per la rigidezza della pia madre e la rigidezza a trazione fuori piano del PAC. Si è scoperto che lo spostamento posizionale del cervello non è rigido e in gran parte guidato dalla ridistribuzione del fluido all’interno del tessuto. Per quanto ne sappiamo, questo è il primo studio che utilizza dati umani in vivo e carico gravitazionale per stimare le proprietà materiali dei tessuti intracranici. Questo modello potrebbe ora essere applicato per ridurre l’impatto dello spostamento cerebrale posizionale nella neurochirurgia stereotassica.