Наш мозг состоит из мягкого вещества, погруженного в водянистую спинномозговую жидкость (ликвор). Все это находится внутри твердого черепа. Таким образом, воздействие на череп передается через слой ликвора к мягкому мозговому веществу.

Чтобы понять, какие повреждения наиболее опасны для мозга, ученые из Американского института физики провели серию опытов с похожей системой — яйцом. Оно напоминает мозг: мягкий желток находится в жидком белке внутри твердой скорлупы.

При большинстве сотрясений мозга череп не ломается. Поэтому команда постаралась выяснить, можно ли разбить или деформировать яичный желток, не разбивая скорлупу. Результаты работы они опубликовали в Physics of Fluids.

Исследователи поместили яйцо в скремблер — так можно было видеть, что происходит с желтком. Затем они наносили удары по прибору и вращали его. В итоге команда обнаружила, что прямое поступательное воздействие не повреждает желток, в то время как замедление вращения серьезно его деформирует. По мнению ученых, то же происходит с мозгом, когда голова подвергается внезапным внешним воздействиям.

«Мы подозреваем, что вращательные движения, особенно замедленные вращательные, опаснее всего. Сильная деформация во время этого процесса вызывает растяжение нейронов и повреждение мозга», — рассказал Цяньхун Ву, один из авторов работы.

Это открытие объясняет, почему боксеры, скорее всего, упадут в обморок, если их ударить по подбородку. «Учитывая, что подбородок является самой удаленной точкой от шеи, удар по нему может вызвать наибольшее ускорение вращения», — добавил ученый.

По словам команды, критическое мышление и пара простых опытов на кухне помогли изучить деформацию яичного желтка после внешнего воздействия. Ученые собираются использовать результаты эксперимента, чтобы исследовать биомеханику мозга. И проверить другие процессы, связанные с воздействием на мягкие капсулы в жидкой среде, например на эритроциты.

Эта работа показывает реакции мягкого объекта, связанного мембраной, на внезапные внешние воздействия. Ученые считают, что это будет особенно полезно для производителей шлемов и другого защитного оборудования.