Por Adrián Cho
Para modelar el movimiento del cerebro, los investigadores
comenzaron con medidas de golpes en la cabeza en juegos de fútbol similares a
este.
AP PHOTO / MEL EVANS
Cuando un jugador de fútbol recibe un gran golpe en la
cabeza y recibe su "sonido de campana", es más que una expresión:
como un timbre real, el cerebro del jugador puede oscilar a diferentes
frecuencias, según encuentra un nuevo estudio de modelado. Los resultados
refuerzan la noción de que las conmociones cerebrales se originan no tanto en
la colisión del cerebro con el cráneo, sino en el estiramiento y cizallamiento
del tejido que el zumbido causa en las profundidades del cerebro. Los
investigadores sugieren que se podrían diseñar mejores cascos para amortiguar
las vibraciones de baja frecuencia más dañinas.
El trabajo podría simplificar significativamente el modelado
de conmociones cerebrales, dice Philip Bayly, un ingeniero mecánico
especializado en impactos de cabeza en la Universidad de Washington en St.
Louis en Missouri, que no participó en el estudio. "Para mí, eso es
lo principal", dice. "Son las bajas frecuencias las que dominan
y puedes simular el cerebro con solo unos pocos modos de baja frecuencia".
Cada año, cientos de miles de estadounidenses sufren
conmociones cerebrales mientras participan en deportes u otras actividades
recreativas. Sin embargo, los científicos no saben exactamente cómo un
golpe en la cabeza produce la lesión. En la concepción popular, una
conmoción cerebral ocurre cuando el cráneo se detiene repentinamente y el
cerebro se estrella contra él, como un conductor de automóvil que vuela hacia
el tablero. Pero la investigación sugiere que las conmociones cerebrales
son más complicadas. Por ejemplo, una rotación violenta del cráneo, como
puede suceder cuando la cabeza de un skater se estrella contra el pavimento,
puede causar más daño que una simple parada repentina. Los datos clínicos
también sugieren que las conmociones cerebrales implican más que la superficie
del cerebro, ya que su gravedad se correlaciona con el daño más profundo en el
interior, como las deformaciones alrededor del cuerpo calloso, el puente entre
los hemisferios del cerebro.
Para determinar mejor qué sucede realmente durante un golpe
en la cabeza, David Camarillo, un bioingeniero de la Universidad de Stanford en
Palo Alto, California, y sus colegas recogieron datos sobre golpes reales
equipando a 31 jugadores de fútbol de Stanford con protectores bucales
equipados con acelerómetros y giroscopios. Usando datos sobre 189
colisiones en el juego, incluyendo dos que resultaron en conmociones
cerebrales, los investigadores simularon cómo el cerebro respondió
mecánicamente a cada golpe, utilizando datos sobre las propiedades materiales
de los diversos tejidos cerebrales derivados principalmente de cadáveres.
En un golpe que resultó en pérdida de conciencia
(izquierda), el cuerpo calloso y la sustancia blanca circundante parecen haber
oscilado a diferentes frecuencias, como denotan los diferentes tonos de azul,
mientras que las regiones parecían oscilar con la misma frecuencia en
colisiones sin lesiones.
Según el equipo, cada golpe hizo que el cerebro se
tambaleara de forma complicada durante unas décimas de segundo. Los
investigadores dividieron ese movimiento en modos dinámicos: patrones de
movimiento de corta duración con distintas frecuencias. Cuando se los
sacude, el
cerebro oscila más vigorosamente a unos 30 ciclos por segundo , más o
menos la misma frecuencia que la segunda tecla más baja en un piano, informan
hoy los investigadores en Physical Review Letters . En
promedio, los modos por debajo de 33 ciclos por segundo absorben el 75% de la
energía total impartida al cerebro.
Además, los impactos más fuertes excitan más modos, dice
Mehmet Kurt, experto en biomecánica cerebral en el Stevens Institute of
Technology en Hoboken, Nueva Jersey, y autor del artículo. Esa puede ser
la clave, dice, porque los diferentes modos acentúan el movimiento en
diferentes partes del cerebro, lo que puede causar que las regiones vecinas
oscilen a diferentes frecuencias. Por ejemplo, el modelado de un golpe en
el que un jugador perdió el conocimiento muestra que en esa colisión el cuerpo
calloso oscilaba a una frecuencia más alta que la materia blanca
circundante. A pesar de que las oscilaciones duran solo unos pocos ciclos,
cuando las regiones cerebrales vecinas vibran a diferentes frecuencias, el
estiramiento y el corte de esos tejidos aumenta, explica Kurt.
El análisis puede ser una mala noticia y una buena noticia
para los investigadores de conmociones cerebrales, dice Kurt. "Por un
lado, estamos diciendo:" Este problema es más complicado de lo que piensas
". Por otro lado, estamos diciendo que podríamos tener la herramienta
adecuada para estudiarlo ". Por ejemplo, Bayly dice que, al comparar los
movimientos de diferentes modos, los investigadores pueden determinar las áreas
cerebrales más susceptibles al daño. Además, los fabricantes de cascos
podrían aspirar a diseños que atenúen las frecuencias más dañinas, dice Bayly.
Sin embargo, el trabajo viene con una advertencia, dice
Bayly, quien ha escrito un comentario sobre el estudio para
el sitio web de la American Physical Society. Para derivar el movimiento
del cerebro de las aceleraciones medidas durante un golpe, los investigadores
dependen de estimaciones de las propiedades mecánicas de los tejidos del
cerebro, como su rigidez y propensión a absorber energía. Por razones
éticas, esas propiedades no se pueden medir en cerebros vivos bajo condiciones
que inducen lesiones, señala Bayly. De modo que las propiedades mecánicas
del material cerebral "no son tan conocidas en ningún lugar como las del
acero y el aluminio", señala.
Para superar esa limitación, Bayly sugiere que los
investigadores validen luego su técnica aplicándola a colisiones de menor
impacto, que pueden infligirse de forma segura a sujetos en el laboratorio y
para las cuales las propiedades materiales de un cerebro vivo bajo las
condiciones apropiadas pueden deducirse de resonancia imaginando. Colocar
con éxito el modelo a esa prueba aumentaría la confianza en sus implicaciones
para los golpes más difíciles, dice. "Eso sería realmente interesante
y probablemente el próximo paso".
