우리의 뇌는 폴리스티렌 폼보다 10배 더 쉽게 쪼개질 수 있습니다

졸라이곤/iStock

구독함으로써 귀하는 언제든지 구독을 취소할 수 있는 이용 약관 및 정책에 동의하게 됩니다.

인간의 뇌는 생리학과 생물학을 포함하여 "완전히" 해결되지 않은 기관 중 하나입니다. 그것은 아직도 많은 미스터리를 담고 있습니다. 케이크처럼 부드럽지만 동시에 매우 강합니다. 카디프 대학의 새로운 연구에 따르면 뇌는 폴리스티렌 폼보다 10배 더 쉽게 부서집니다.

왕립학회 인터페이스 저널(Journal of Royal Society Interface) 197호에 게재된 니콜라스 베니언(Nicholas Bennion)과 그의 팀은 이번 연구를 통해 살아있는 사람들의 뇌의 물리적 특성을 더 잘 이해할 수 있는 방법을 개발했습니다.

뉴 사이언티스트(New Scientist)가 처음 보고한 바와 같이, 그들은 기계 학습 알고리즘과 환자가 엎드려 누워 있다가 위로 향하게 하여 뇌의 위치를 ​​위로 향하게 하는 MRI 스캔과 결합하여 뇌와 두개골을 연결하는 조직의 다양한 물질적 특성을 결정했습니다. 두개골. 그들은 압력을 받을 때 뇌가 붕괴되는 능력, 측면 방향으로 밀리는 것에 반응하는 방식, 결합 조직의 탄력성을 측정했습니다.

MyndziakVideo/iStock

"어떤 식으로든 보존되지 않은 뇌를 사용하면 그 강성이 믿을 수 없을 정도로 낮고 매우 쉽게 부서집니다. 그리고 실제로는 대부분의 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 더 부드럽습니다."라고 Bennion은 말합니다.

Bennion과 그의 팀은 폴리스티렌 폼보다 부드러울 뿐만 아니라 뇌가 고무보다 측면 압력에 대한 탄력성이 1,000배 낮아 젤라틴 조각만큼 유연하다는 사실을 알아냈습니다.

이번 MRI 연구는 카디프대학교 뇌영상연구센터와 공동으로 22세에서 30세 사이의 11명(남성 7명, 여성 4명)을 대상으로 진행됐다. 20분 동안 엎드린 상태로 사전 조정한 후 뇌가 완전히 이완되었는지 확인하기 위해 엎드려 있는 사진 한 장만 촬영했습니다. 그런 다음 전형적인 앙와위 자세로 뒤집은 후 피험자를 다시 스캔했습니다.

대뇌를 가로지르는 변위를 측정하기 위해 두개골의 아핀 등록을 사용하여 엎드린 이미지와 앙와위 이미지를 먼저 정렬했습니다. 그런 다음 앙와위 이미지에서 변형 가능한 등록을 통해 개별 주제 공간의 전체 볼륨에 걸쳐 벡터 변위 필드가 생성되었습니다.

수술 전 MRI 스캔의 도움으로 팀은 모델을 활용하여 각 환자의 수술 중에 발생할 뇌 변화를 예측하려고 합니다. 이렇게 하면 올바른 위치를 찾을 때까지 뇌에 도구를 반복적으로 이식할 필요가 없어져 수술이 덜 침습적으로 이루어질 수 있습니다.

연구 개요:

뇌의 컴퓨터 모델링에는 관련 조직의 정확한 표현이 필요합니다. 기계적 테스트는 특히 체액의 재분배가 생체역학적으로 중요한 신경외과와 같이 낮은 변형율의 경우 수많은 과제를 안고 있습니다. 유한 요소(FE) 모델은 PAC(pia-arachnoid complex)의 스프링 요소/유체-구조 상호 작용 표현을 통합하여 FEBio에서 생성되었습니다. 모델은 엎드린 자세와 누운 자세에서 중력을 표현하기 위해 로드되었습니다. 재료 매개변수 식별 및 민감도 분석은 통계 소프트웨어를 사용하여 수행되었으며 FE 결과를 인간 생체 내 측정과 비교했습니다. 뇌 Ogden 매개변수 µ, α 및 k에 대한 결과는 670 Pa, -19 및 148 kPa의 값을 산출했으며 이는 문헌에 보고된 값을 뒷받침합니다. Pia mater의 강성과 PAC의 면외 인장 강성에 대해 각각 1.2 MPa 및 7.7 kPa 정도의 값이 얻어졌습니다. 위치적 뇌 이동은 단단하지 않고 주로 조직 내 체액 재분배에 의해 발생하는 것으로 나타났습니다. 우리가 아는 한, 이것은 두개내 조직의 물질적 특성을 추정하기 위해 생체 내 인간 데이터와 중력 부하를 사용한 최초의 연구입니다. 이제 이 모델을 적용하여 정위 신경외과에서 위치적 뇌 이동의 영향을 줄일 수 있습니다.