dans

Les jaunes d’œufs en rotation indiquent comment les commotions cérébrales déforment le cerveau

Comment étudiez-vous les commotions cérébrales sans craquer le crâne? Essayez d’utiliser un brouilleur d’œufs.

Dans une nouvelle étude, publiée le 19 janvier dans la revue Physique des fluides, les scientifiques se sont inspirés de la façon dont Oeuf les brouilleurs mélangent les blancs d’œufs et les jaunes sans d’abord casser la coquille. L’appareil fait simplement tourner l’œuf non fissuré à des vitesses très élevées, et cette force est transmise au liquide à l’intérieur, faisant éclater le jaune. De même, dans la plupart lésions cérébrales par commotion cérébrale, le crâne ne se fissure pas, mais le cerveau est toujours blessé, ont pensé les scientifiques.

Avertissement: Aucun cerveau humain n’a été brouillé lors de la réalisation de cette étude. Au lieu de cela, les chercheurs ont utilisé les jaunes d’œufs comme modèle pour le cerveau humain.

En relation: Des cerveaux de dinosaures au contrôle de la pensée – 10 découvertes fascinantes sur le cerveau

« Je dirais que c’est une comparaison très sauvage », a déclaré l’auteur principal Qianhong Wu, directeur du laboratoire de biomécanique cellulaire et des sciences du sport à l’Université Villanova en Pennsylvanie. « Ce sont des systèmes complètement différents, en termes de propriétés des matériaux. » D’une part, les jaunes d’œufs ne contiennent qu’une seule substance – le jaune – tandis que le cerveau contient une variété de types de cellules disposées en structures complexes, a-t-il déclaré.

Cela dit, les œufs et le cerveau humain présentent une poignée de similitudes clés, ce qui peut donner un aperçu des fondamentaux la physique des commotions cérébrales, dit-il.

En regardant le cerveau, nous avons un organe squidgy entouré d’un liquide appelé liquide céphalo-rachidien (LCR) et enfermé dans un récipient rigide, le crâne. Un jaune d’œuf est également fait de matière molle et visqueuse, entouré de liquide et enfermé dans un récipient dur, la coquille. Wu et ses collègues ont remarqué ces similitudes et ont couru avec eux, concevant des expériences pour voir comment le jaune se déformerait sous différentes forces. Ils ont testé deux types d’impacts observés dans les commotions cérébrales, y compris l’impact de rotation, qui fait tourner le crâne, et l’impact de translation, qui ne déplace le crâne que dans l’espace, sans le faire tourner.

Leurs expériences en laboratoire ont commencé par un voyage à l’épicerie, où ils ont ramassé des œufs de poule frais. Pour observer comment la force a changé le jaune, ils ont jeté la coquille d’oeuf et ont placé les blancs et les jaunes dans un récipient transparent; de cette façon, ils pouvaient observer directement les entrailles des œufs tout en les gardant à l’intérieur d’un récipient rigide. Pour tester l’impact de translation, l’équipe a laissé tomber un marteau de 4 livres (1,7 kilogramme) sur le conteneur à 3,2 pieds (1 mètre) au-dessus; pour leurs expériences d’impact rotationnel, ils ont fait tourner le conteneur avec un moteur électrique, jusqu’à 64 tours par seconde.

L’équipe a enregistré ces tests à l’aide d’une caméra à grande vitesse et a constaté que l’impact de rotation provoquait une transformation spectaculaire du jaune, tandis qu’en comparaison, l’impact de translation ne provoquait aucun changement visible. Lorsque le récipient a commencé à tourner, le jaune sphérique s’est étiré horizontalement, formant un «ellipsoïde». Mais le changement le plus intense s’est produit lorsque la rotation a ralenti. Au fur et à mesure que la vitesse de rotation diminuait, le centre du jaune se pinça vers l’intérieur, attirant l’ellipsoïde horizontal dans le plan vertical. En une seconde, la forme arrondie s’était écrasée en un disque plat.

Lorsque la rotation s’est complètement arrêtée, il a fallu environ une minute au jaune pour se détendre dans une sphère. «Cette grande déformation pourrait évidemment causer de graves dommages au jaune», ont noté les auteurs.

Images des blancs et jaunes d'œufs lors de différentes expériences.  La rangée supérieure d'images montre la chute du marteau, là où le jaune ne s'est pas déformé.  La deuxième / rangée du milieu montre la rotation d'accélération, où le jaune s'étire horizontalement.  La dernière / dernière rangée montre la décélération, où le jaune devient un disque vertical plat.

La rangée supérieure d’images montre le jaune tout au long de l’expérience de chute de marteau. La rangée du milieu montre le jaune en rotation accélérée, où il devient un ellipsoïde. La rangée du bas montre la rotation en décélération. (Crédit d’image: Ji Lang et Qianhong Wu)

La conclusion? Des impacts de rotation extrêmes pourraient également être dévastateurs pour le cerveau. Par exemple, lorsque les boxeurs ont une chaussette sur le menton, leur tête se renverse rapidement sur leur cou, puis ralentit rapidement lorsque la tête ne peut plus s’articuler en arrière. Cela peut expliquer pourquoi les boxeurs peuvent facilement s’évanouir lorsqu’ils sont frappés de cette manière, a noté Wu.

Alors que l’impact de rotation a fait des ravages sur le jaune, l’expérience de la chute de marteau n’a causé aucun changement. « C’est très surprenant, c’est contre-intuitif », parce que vous vous attendez à ce que la force soit transmise à travers le récipient dur et les blancs d’œufs et dans le jaune, a déclaré Wu. Ce résultat surprenant peut s’expliquer par le fait que les blancs et les jaunes d’œufs partagent une densité très similaire, de sorte que sous un coup de marteau, les deux peuvent se déplacer ensemble comme une unité, a-t-il déclaré. Cela empêcherait le jaune de changer de forme.

Comme le cerveau a une densité différente de celle du LCR environnant, un bonk solide sur la tête déformerait probablement un peu le cerveau. Mais sur la base de leurs expériences, le cerveau peut être plus sensible aux impacts de rotation, a déclaré Wu.

Lors d’une commotion cérébrale réelle, les impacts de translation et de rotation se produisent simultanément. « Vous ne pouvez vraiment pas complètement séparer l’un de l’autre … C’est toujours une combinaison des deux », a déclaré Wu.

Maintenant que Wu et ses collègues ont travaillé sur la physique des commotions cérébrales dans les œufs, ils prévoient de vérifier leurs résultats dans le cerveau. Le laboratoire a récemment développé un cerveau artificiel, modélisé à partir de scans de cerveaux humains et entouré d’un crâne transparent, qu’ils ont soumis à des expériences d’impact. L’équipe étudie également les cerveaux prélevés sur des souris, mais Wu a déclaré qu’ils visaient à travailler avec le cerveau d’animaux vivants à l’avenir.

Ils ont également fait équipe avec des médecins de l’hôpital universitaire Thomas Jefferson afin de pouvoir comparer les résultats des expériences de laboratoire avec les données de patients ayant subi une lésion cérébrale traumatique, a-t-il ajouté. Cela devrait aider à relier les points entre la physique observée dans les œufs et les blessures réelles subies chez les personnes.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

45secondes est un nouveau média, n’hésitez pas à partager notre article sur les réseaux sociaux afin de nous donner un solide coup de pouce. 🙂