Un modello degli effetti dei traumi cerebrali
Un compito complesso per la scienza meccanica e medica è la previsione e la terapia del trauma cranico (TBI, Traumatic Brain Injury). Si tratta di un danno al cervello causato da un’improvvisa forza esterna alla testa, come un’aggressione fisica o un incidente stradale, e di una tra le principali cause di disabilità e morte tra gli adulti. «È importante comprendere meglio il trauma cranico per progettare soluzioni che prevengano le lesioni», spiega Harold Berjamin, ricercatore post-dottorato presso l’Università di Galway e ricercatore principale del progetto TBI-WAVES. Nonostante il grande impegno della comunità delle scienze meccaniche per simulare e comprendere le ripercussioni del trauma cranico, nelle modellazioni precedenti sono stati trascurati od omessi diversi aspetti chiave come l’inerzia, il gonfiore e il contenuto di fluido. Nel corso del progetto TBI-WAVES, finanziato dall’UE, Berjamin e colleghi si sono prefissi di migliorare i modelli meccanici e computazionali dei traumi cranici. Nell’ambito del progetto, sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, l’équipe ha tenuto conto innanzitutto degli effetti precedentemente trascurati nei modelli di trauma cranico, per poi creare strumenti di simulazione avanzati relativi ai traumi alla testa.
Migliorare i modelli meccanici e computazionali delle lesioni cerebrali
Per colmare le lacune delle conoscenze precedenti, i ricercatori hanno creato una serie di modelli matematici, studiando l’influenza di vari effetti legati all’attrito nel trauma cranico, in particolare l’effetto della viscosità del materiale e del contenuto di liquidi sul movimento del tessuto cerebrale. Dalla ricerca è emerso chiaramente che queste ripercussioni potrebbero svolgere un ruolo importante nei traumi cranici. «Il risultato principale dimostra che i movimenti bruschi derivanti dai traumi sono molto sensibili a diverse proprietà del materiale, in particolare alla rigidità e alla viscosità», spiega Berjamin. «Pertanto, questi effetti non devono essere trascurati negli studi sul trauma cranico.»
Simulazione del movimento del cervello post-traumatico
L’équipe ha anche sviluppato strumenti di simulazione specifici per migliorare le conoscenze fondamentali sul trauma cranico. La ricerca attuale è ancora intenta a stabilire collegamenti tra la causa di una lesione e le sue conseguenze, un nesso che non può essere messo alla prova sperimentalmente per ovvie ragioni etiche. Gli strumenti di simulazione del trauma alla testa hanno dunque un ruolo essenziale. Si tratta infatti di codici informatici estremamente accurati, in grado di simulare il movimento del cervello dopo un trauma, che potrebbero trovare applicazione nel contesto di lesioni sportive, incidenti automobilistici e altri incidenti stradali, per comprendere il tipo di trauma verificatosi. «Queste simulazioni possono servire anche a fini preventivi, per stimare le forze e gli stiramenti in gioco nel cervello durante un trauma, nonché per progettare protocolli o misure di protezione migliori», spiega Berjamin.
Un’ispirazione per i modelli futuri dei processi fisici e biologici post-traumatici
Berjamin si augura che i risultati del suo progetto siano impiegati per migliorare ulteriormente i modelli e la simulazione dei tessuti, nonché per comprendere più approfonditamente i processi fisici e biologici che avvengono durante un trauma cranico. «Spero che così i progressi della matematica e dell’ingegneria contribuiscano a ridurre l’onere del trauma cranico sui sistemi sanitari, ad esempio grazie a nuovi dispositivi di sicurezza», aggiunge. Il quadro di simulazione TBI-WAVES non è ancora pronto per l’analisi di scenari reali di trauma cranico, ma la squadra spera che i progressi in questa direzione siano rapidi. Oltre che per il trauma cranico, i robusti modelli informatici del tessuto cerebrale potrebbero trovare ulteriori applicazioni, ad esempio nei test sui materiali, nella diagnostica per immagini, nelle procedure chirurgiche e nei simulatori. «Sto intrattenendo alcune collaborazioni di ricerca sul trauma cranico e non vedo l’ora di dedicarmi ancora a questo argomento in futuro», dice Berjamin.
Parole chiave
TBI-WAVES, cervello, lesione, traumatico, cranico, ricerca, modelli informatici, chirurgia, inerzia