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来自桑迪亚国家实验室的工程师和新墨西哥大学健康科学中心的神经学家进行的研究表明，当人头因车祸撞击挡风玻璃时，脑损伤可能在一毫秒内发生。

这一现象发生在头部与挡风玻璃碰撞后的整体运动之前，为关注创伤性脑损伤（TBI）的医生提供了一个新的思考角度。

桑迪亚实验室的保罗·泰勒（Paul Taylor）和新墨西哥大学神经学系及MIND成像中心的科里·福特（Corey Ford）在模拟人头在撞击挡风玻璃后早期波动交互的过程中发现了这一结果，这一场景是导致TBI发生的一个情境。

桑迪亚实验室是美国国家核安全局的一个实验室。

TBI与大脑在执行认知和记忆任务、处理信息以及进行各种运动和协调功能时的功能能力丧失相关。在美国，有超过五百万人因TBI而生活在残疾之中。

泰勒表示：“过去对TBI早期事件的建模关注不多。人们在车祸中撞到挡风玻璃后，可能会感到头晕，去急诊室就诊，然后被释放。我们想了解为什么相似严重程度的头部受伤患者在记忆功能或重返工作方面的结果却有很大不同。”

近年来，由于大量美国士兵因爆炸波而导致的头部受伤回国，TBI受到了更多关注。

泰勒指出，建模脑损伤是一种比传统的使用实验动物进行试错法更人道的研究方式。

两位研究人员首先将一名健康女性头部的数字处理计算机断层扫描（CT）图像导入桑迪亚开发的冲击物理计算机代码CTH。CT扫描经过数字处理，将所有软组织和骨骼分割为三种不同材料——颅骨、大脑和脑脊液（CSF）。

然后，构建了代表颅骨、大脑、CSF和挡风玻璃的计算机模型。模拟在桑迪亚的Thunderbird并行架构计算机上运行，每个模拟使用64个处理器。

泰勒表示：“我们的模拟结果展示了在与挡风玻璃的正面撞击后，颅骨、大脑和CSF之间发生的波动交互的复杂性。”

该建模代表了一个未受约束的人在以34英里每小时的速度与静止障碍物发生正面碰撞时撞击挡风玻璃的情况。

在泰勒和福特的讨论中，显然不同类型的细胞损伤可能取决于细胞所承受的压力类型。“各向同性应力”，通常称为压力应力，会导致密度变化，从而损害细胞的内部结构。“剪切应力”则作为一种撕裂机制，损害细胞壁和膜，导致细胞凋亡或细胞死亡。这两种应力在导致TBI的事件中可能同时存在。

每种应力在大脑的两个不同视图中显示——矢状面视图（将大脑切割为左右半球）和轴向视图（在身体纵轴上方眼睛和耳朵之间的平面）。

泰勒表示：“通过我们的建模，我们能够预测在撞击事件中大脑内的早期应力集中。然而，我们尚未确定什么特定的应力水平会导致TBI。”

“这是我们未来研究的重点。此外，我们当前的模型将大脑视为均质的。我们希望创建更高分辨率的模拟能力，更好地代表大脑的各个部分，以提供结果的详细特异性。”

这样的能力可能使泰勒和福特更好地理解早期应力如何促成TBI，并有助于设计更好的保护设备，如运动员和军事人员的头盔。