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Les chercheurs ont montré comment les forces agissant sur le cerveau pendant une blessure traumatique sont liées aux dommages observés des années après le traumatisme initial.

Les résultats d’une équipe interdisciplinaire de l’Imperial College de Londres pourraient être utilisés pour prédire la gravité des lésions cérébrales et aider à concevoir des casques plus efficaces pour une gamme de sports et d’activités.

Il est essentiel de comprendre le lien entre (blessure initiale et effets persistants) pour prédire qui risque de subir des dommages à long terme et comment la protection peut être mieux conçue pour prévenir ces dommages. École d’ingénierie de conception Dr Mazdak Ghajari Dyson

Les lésions cérébrales traumatiques (TBI) résultent d’un impact soudain ou d’une secousse à la tête, comme lors d’un accident de la route ou d’une explosion à la bombe, ou lors de sports comme le rugby et le football américain. Les effets immédiats du TBI peuvent inclure des saignements et une perte de conscience, mais ils peuvent également entraîner des changements dans les régions du cerveau qui entraînent des symptômes tels que la perte de mémoire, des changements d’humeur et de personnalité et un manque de concentration, parfois plusieurs années après la blessure initiale.

Cependant, le lien entre les forces mécaniques qui agissent sur le cerveau pendant le TBI et les changements à long terme qui en résultent est mal compris.

Désormais, des chercheurs des facultés d’ingénierie et de médecine de l’Imperial, y compris les équipes du Dr Mazdak Ghajari, du professeur David Sharp et du Dr Magdalena Sastre, ont montré un lien clair entre les forces agissant sur le cerveau pendant le TBI et ses changements à long terme associés. . La recherche, qui est publiée dans Brain, a combiné un modèle informatique de lésion cérébrale avec des études expérimentales sur le cerveau de rat.

Le Dr Mazdak Ghajari, de la Dyson School of Design Engineering de l’Impériale, a déclaré: «Les dommages initiaux lors d’une lésion cérébrale traumatique ne prennent que quelques millisecondes pour se produire, mais ils déclenchent de nombreux changements qui se traduisent par des effets continus qui peuvent être ressentis des années plus tard. Il est essentiel de comprendre le lien entre les deux pour prédire qui risque de subir des dommages à long terme et comment la protection peut être mieux conçue pour éviter ces dommages. »

Les contraintes de cisaillement sur le cerveau étaient corrélées aux marqueurs de l’inflammation cérébrale. Dr Magdalena Sastre Département des sciences du cerveau

Auparavant, l’équipe avait construit un modèle informatique humain pour prédire l’emplacement des lésions cérébrales à long terme après un TBI, en se concentrant sur la «matière blanche» du cerveau. La matière blanche contient des fibres nerveuses appelées axones: des extensions de neurones qui aident à les relier. Les axones jouent un rôle important dans les réseaux cérébraux qui sont modifiés lors de lésions cérébrales à long terme.

Maintenant, ils ont testé cette approche de modélisation pour voir si elle peut prédire avec précision le schéma des dommages causés par la substance blanche chez les rats recevant un TBI léger ou modéré. Ils ont simulé le cerveau des rats lors d’une blessure, révélant l’emplacement et la durée des forces mécaniques liées aux dommages. À l’aide d’un modèle expérimental précis, ces dommages ont été induits dans le cerveau du rat et suivis après plusieurs semaines, ce qui correspond à des années de changements dans un cerveau humain.

Ils ont constaté que l’effet des contraintes de cisaillement sur la substance blanche permettait de prédire l’emplacement des dommages à long terme. Les contraintes de cisaillement poussent deux parties du même objet, en l’occurrence le cerveau, dans des directions différentes.

Le Dr Magdalena Sastre, du Département des sciences du cerveau de l’Impériale, a déclaré: «Les contraintes de cisaillement sur le cerveau étaient corrélées avec des marqueurs de l’inflammation cérébrale, qui est associée à une perte de mémoire et à d’autres altérations cognitives fonctionnelles futures.»

Nous examinons également comment le type d’impacts subis par les joueurs de football américains influe sur leur perte de conscience et si de nouveaux modèles de casques pourraient protéger les soldats des effets des ondes de choc consécutives aux explosions. Professeur David Sharp Département des sciences du cerveau

Le cerveau a une consistance gélatineuse, donc quand il reçoit une secousse, il tremble de la même manière, provoquant un cisaillement entre les parties adjacentes. L’intensité du cisaillement à différents endroits causé par différents impacts, par exemple de quel angle ils proviennent, prédit où se produira les dommages les plus graves de substance blanche. Cela pourrait aider les médecins à prédire les effets probables à long terme chez les patients qui ont souffert d’un TBI.

Le Dr Ghajari a déclaré: «Différents types de blessures entraîneront différents types de cisaillement. Avec ce nouveau modèle, nous pouvons désormais prédire avec plus de précision quelles blessures causeront des dommages graves à long terme et potentiellement les éviter. Par exemple, les accidents de moto impliquent beaucoup de mouvements de rotation, ce qui provoque beaucoup de cisaillement. Nous étudions des dizaines de casques de vélo pour voir lequel protège le mieux contre une rotation excessive. »

Maintenant que le modèle de calcul de l’équipe a été validé dans de vrais cerveaux de rats, ils peuvent l’utiliser pour poser une gamme de questions de recherche en modélisant différents types de TBI.

Le professeur David Sharp, également du Département des sciences du cerveau, a ajouté: «Nous examinons également comment le type d’impacts subis par les joueurs de football américains affecte s’ils perdent connaissance et si de nouveaux modèles de casques pourraient protéger les soldats des effets des ondes de souffle. suite à des explosions. Ces types d’études peuvent également aider à expliquer si de petits impacts répétés, comme la frappe du ballon dans le football, pourraient entraîner des lésions cérébrales similaires à long terme.

La recherche est le fruit d’une collaboration à long terme entre des ingénieurs, des médecins et des biologistes de l’Impériale, un partenariat décrit par le Dr Ghajari comme «nécessitant beaucoup de patience et d’énergie, mais produisant des résultats extrêmement gratifiants».

Les chercheurs viennent du Département des sciences du cerveau, du Centre d’imagerie biologique, de la Dyson School of Design Engineering, du Centre for Blast Injury Studies et du UK Dementia Research Institute de l’Imperial, ainsi que de collègues du King’s College de Londres.

Le travail a été financé par le Wellcome Trust et la Légion royale britannique au Centre for Blast Injury Studies.

«De la biomécanique à la pathologie: prédire les lésions axonales à partir de schémas de déformation après un traumatisme crânien», par Cornelius K. Donat, Maria Yanez Lopez et al. est publié dans Brain.

Images et GIF: Imperial College London

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