Khối lòng đỏ trứng "ma thuật" này đang giúp các nhà khoa học hiểu về chấn thương sọ não

Nếu tựa đề bài viết không nói đây là lòng đỏ của một quả trứng, có lẽ bạn cũng sẽ không biết khối vật chất màu vàng đang quay tròn này là gì. Ban đầu, nó trông giống như một củ khoai tây bị ép lỏng ra bằng một ma lực nào đó.

Nhưng các nhà khoa học cho biết họ đang quay những quả trứng này để nghiên cứu một thứ dường như chẳng liên quan tý nào: Chấn thương sọ não trên người.

Ý tưởng nghiên cứu xuất phát từ nhà bếp

Thực tế thì, hộp sọ của chúng ta không rỗng như mọi người vẫn tưởng. Giữa não và xương sọ luôn có một khoảng hở, nhưng nó sẽ được lấp đầy bằng một lớp dịch lỏng được gọi là dịch não tủy. Lớp dịch này làm nhiệm vụ bảo vệ não khỏi lực ma sát vào hộp sọ. Đồng thời, nó làm một nhiệm vụ thứ hai quan trọng hơn là hấp thụ lực tác động vào não.

Giống như một lòng đỏ trứng cần trôi nổi giữa lớp lòng trắng nhớt và dày, não bộ của bạn cũng được giữ lơ lửng trong dịch não tủy. Đó là bởi ngay cả một lực nhẹ nhàng như đi bộ cũng có thể khiến não bạn bị rung động lên xuống theo từng bước chân.

Còn khi gặp phải một cú đập đột ngột, não bộ sẽ bị giật hẳn về một phía với vận tốc đáng kinh ngạc. Nó có thể bị ép và nảy vào thành hộp sọ, hoặc thậm chí bị quay xoắn và để lại rất nhiều thiệt hại nghiêm trọng.

Đó chính là những gì xảy ra trong trường hợp bạn bị đánh vào đầu, bị ngã xe hay tai nạn chấn thương sọ não. Nhưng chính xác thì điều gì sẽ xảy ra với bộ não trong khoảnh khắc tác động đó? Nó sẽ dịch chuyển như thế nào?

Để có thể biết được câu trả lời, các nhà khoa học trước đây đã sử dụng nhiều loại hình nộm để nghiên cứu quá trình cơ sinh học của chấn thương sọ não. Họ cũng có thể tuyển mộ tình nguyện viên đội mũ bảo hiểm gắn cảm biến chuyển động hoặc các mô hình máy tính mô phỏng não người.

Nhưng bây giờ, một nhóm các nhà khoa học ở Đại học Villanova đã nghĩ ra một cách sáng tạo hơn: sử dụng những quả trứng.

Ý tưởng nảy sinh khi Qianhong Wu, một kỹ sư trong nhóm Villanova, đang chuẩn bị đánh trứng để nấu ăn tại nhà. Anh nhìn thấy những lòng đỏ trứng lơ lửng bên trong khối lòng trắng và tự hỏi: Tại sao không sử dụng chúng để nghiên cứu sự dịch chuyển của một khối vật chất mềm bên trong môi trường lỏng? Bởi đó cũng là cách mà não bộ chúng ta được giữ trong dịch não tủy.

"Tư duy phản biện, cùng với các thí nghiệm đơn giản trong nhà bếp, đã dẫn chúng tôi đến một loạt các nghiên cứu có hệ thống để xem xét các cơ chế gây ra sự biến dạng của lòng đỏ trứng", Qianhong Wu cho biết.

Mặc dù cách tiếp cận của họ hơi khác thường, nhưng kết quả của nghiên cứu này cũng đã giúp chúng ta hiểu được các mô não, như một khối vật chất mềm có thể bị dịch chuyển và biến dạng như thế nào khi tiếp xúc với ngoại lực bên ngoài.

Càng biết nhiều hơn và hiểu nhiều hơn về cơ chế này, các nhà nghiên cứu càng có thể cải thiện các hệ thống an toàn cho xe hơi, thiết kế ra các loại mũ bảo hiểm tốt hơn cho người đi xe máy và vận động viên chơi các môn thể thao mạo hiểm để ngăn ngừa và hạn chế chấn thương.

Hiểu về chấn thương sọ não

Khi nói đến chấn thương sọ não, mọi người thường tưởng tượng đến những khung cảnh kinh dị, trong đó, một nạn nhân tai nạn giao thông nằm dưới đường với đầu bị vỡ và bên dưới là một vũng máu. Nhưng thực sự thì chấn thương sọ não không phải lúc nào cũng nghiêm trọng như vậy.

Dạng chấn thương sọ não phổ biến nhất lại là chấn thương sọ não dạng nhẹ, hay còn gọi là chấn động (concussion). Đây là một thuật ngữ tiếng Anh xuất phát từ một từ tiếng Latinh có nghĩa là 'rung chuyển dữ dội'.

Các nghiên cứu chỉ ra ngay cả một cú va chạm nhẹ ở đầu, chẳng hạn như khi bạn vấp ngã, va đầu vào tường, cộc đầu vào trần nhà thấp hay một tai nạn với trái bóng trên sân cỏ cũng có thể gây ra chấn động mà bạn đôi khi không để ý đến chúng sau đó.

Những chấn động này có thể âm thầm gây ra thiệt hại bên trong não bộ, sau đó, thậm chí có thể giết chết bạn bằng một cơn đột quỵ. Vì vậy, nghiên cứu những gì có thể xảy ra sau một cơn chấn động não bộ là một mục tiêu rất quan trọng trong y học.

Ngay từ những năm 1940, các nhà khoa học đã để ý đến một hiện tượng, đó là não bộ có thể bị xoay sau cú va chạm tuyến tính, chẳng hạn như từ một cú đấm vào cằm. Khi não bộ bị đập vào thành hộp sọ, lực bật lại có thể bị chuyển hướng, làm não quay và bị xoắn lại.

Chuyển động xoắn này rất khó để đo lường chính xác, bởi chúng ta không thể nhìn vào bên trong não bộ để xem lực tác động có thể khiến chúng bị xoay như thế nào.

Trong nghiên cứu này, Qianhong Wu đã bắt đầu tìm hiểu điều đó bằng cách đo các đặc điểm vật chất của lòng đỏ trứng và màng ngoài của nó. Sau đó, anh cho quả trứng vào một chiếc hộp trong suốt và tác động các lực khác nhau lên đó, nhằm mô phỏng nhiều trường hợp chấn động có thể xảy ra với não bộ.

"Để làm biến dạng lòng đỏ trứng, chúng tôi sẽ cố gắng lắc và xoay chúng càng nhanh càng tốt", nhóm nghiên cứu cho biết. Sau đó, họ chỉ cần quan sát cách lòng đỏ trứng bị nén lại và giãn ra để hình dung điều gì có thể xảy đến với một bộ não trong các trường hợp ngoại lực tác động.

Kết quả cho thấy khi ngoại lực tác động chỉ tạo ra chuyển động tịnh tiến, lòng đỏ trứng có thể nhanh chóng phục hồi sau cú đánh. Nhưng khi ngoại lực tạo ra chuyển động quay, lòng đỏ trứng đã bị biến dạng "khủng khiếp", nhóm nghiên cứu viết.

"Chúng tôi nghi ngờ rằng tác động quay, đặc biệt là sự giảm tốc khi đang quay, có hại nhiều hơn cho não bộ", Qianhong Wu nói. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây cũng cho biết chuyển động quay của não bộ là một chỉ báo tốt hơn cho nguy cơ chấn thương sọ não so với gia tốc tuyến tính.

Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong chẩn đoán. Bởi nhiều trường hợp chấn động não chỉ xảy ra âm thầm mà không có bất kỳ triệu chứng nào.

Nếu các bác sĩ phỏng vấn bệnh nhân và phát hiện não bộ của anh ấy có thể đã bị xoay sau một cú đánh có lực tác động không trực diện, họ có thể giữ bệnh nhân này ở lại bệnh viện theo dõi thay vì cho về nhà. Điều này có thể cứu sống bệnh nhân nếu các biến chứng của chấn động não xuất hiện.

Nghiên cứu mới của các nhà khoa học đến từ Đại học Villanova một lần nữa cho chúng ta thấy chấn thương não là một loại hình chấn thương rất phức tạp. Nhưng chúng ta cũng có thể tìm hiểu chúng, thông qua những công cụ rất đơn giản, chẳng hạn như một quả trứng.

Toàn bộ nghiên cứu sáng tạo này đã được công bố trên tạp chí Physics of Fluids.

Tham khảo Sciencealert