Tema

Fejkad hjärna för säkrare skidhjälm

Vad händer i hjärnan vid ett kraftigt slag mot huvudet? Ingen vet, men genom tester kan forskarna åtminstone utröna hur fort eller hur hårt ett slag träffar. På så sätt kan säkrare hjälmar utformas.

Han kallas för Ben – som i Benrangel. Han är en dödskalle i plast och han ligger i en stor låda. Den vita skallen har utsatts för så många hårda slag att den börjat läcka det som ska motsvara cerebrospinalvätska, i det här fallet silikonolja.

Dag ut och dag in har den nämligen blivit slagen med en hammare i Sports Tech Research Centres labb i Östersund.

– Vi håller på att skriva ut en ny version nu, den ska vara klar i slutet av februari. Men bara att utveckla en ny kopia av ett huvud och en hjärna har tagit ett halvår, säger Andrey Koptyug, docent i maskinteknik och filosofie doktor i kemisk fysik.

Hjärnan för komplex att skriva ut
Andrey Koptyug har deltagit i Sports Tech Research Centres studier i hur hjärnan påverkas vid kraftiga slag i fem år. Målet med forskningen är att kunna utveckla bättre säkerhetsutrustning vid utomhusaktiviteter, till exempel skidhjälmar. Studien är ett samarbete med forskare vid universitet i Australien och Italien, och inkluderar  även masterstudenter vid universitetet i Padua.

Det finns dock vissa hinder som forskarna måste ta hänsyn till. Hjärnan är en sådan komplex skapelse att det är omöjligt att rekonstruera den. För att skriva ut en modell av ett huvud används avancerade 3d-skrivare, men hjärnan med sina snirkliga banor är för svår för även den mest moderna teknologin.

Och att forska på riktiga hjärnor är inte möjligt.

De flesta som utvecklar hjälmar använder sig av en sensor när de provar sina produkter. Nytt är att forskare lyckats konstruera en slags svarta lådan för hjälmar.

– Det är ju förbjudet, man kan inte forska på vare sig hjärnor från människor eller från djur. Det finns en studie från Japan där man på 50-talet använde levande apor i experiment där man tittade på hjärnan, men det är den enda studien som finns, säger Andrey Koptyug.

Silikon som cerebrospinalvätska
Det forskarna får göra istället är att försöka komma så nära de kan av en kopia av huvudet och hjärnan för att sedan testa det för slag. Silikonolja används som cerebrospinalvätska och silikongummi som det geléaktiga ämnet som hjärnan består av.

– Huvudet är designat till att skydda hjärnan, det är huvudets funktion. Hjärnan är väl skyddad av skallen, och klarar av en del vibration, men det skyddar inte när huvudet utsätts för ett svårt trauma.

Det finns utvecklad teknologi för att skydda hjärnan ytterligare. I dag är rid-, cykel- och skidhjälmar med Mips vanligt. Mips står för Multi Directional Impact Protection System och förenklat kan man säga att det fungerar som ett extra inre skal i hjälmen.

Många sätt att skada skallen
Vid sneda slag mot huvudet skyddar det inre skalet mot det rotationsvåld som uppstår mot huvudet när man faller mot marken. Systemet är en svensk uppfinning och resultatet av flera års forskning på bland annat KTH och KI. Och det finns fler som jobbar för utveckling. Svenska hjälmmärket POC jobbar med att utveckla hjälmar som skyddar bättre mot både kollision och rotation.

– Det är många som forskar om hjärnan och säkerhet, konstaterar Andrey Koptyug.

– Mips är ett bra exempel på när forskningen gått framåt, rotationen är viktig. Oturligt nog är det så många andra saker som kan hända än att man får ett slag från sidan. Om man vet vad som händer inne i hjärnan kan man uppfinna för att förhindra.

Det Andrey Koptyug reagerade på när han började studera huvudskador var att den forskning som fanns inte var tillräcklig. Det finns helt enkelt alldeles för många sätt ett huvud kan skadas på, men för få sätt att mäta det.

Sensorer överallt på dödskallen
De flesta som utvecklar hjälmar använder sig av en sensor när de provar sina produkter. I dag använder forskarna på Mittuniversitetet hela 36 stycken sensorer när de utsätter Ben för diverse trauman. Överallt på skallen, från pannan till bakhuvudet och inuti den konstruerade hjärnan sitter det sensorer som mäter varje gång Ben får ett slag.

Målet är att förbättra säkerheten ännu mer, och med hjälp av de många sensorerna hoppas de komma en bit till på vägen.

Men de befinner sig som sagt i en lång uppförsbacke.

– Frågan kvarstår, vad händer i hjärnan när den utsätts för ett hårt slag? För att kunna utveckla säkerheten måste vi veta hur det händer och sedan måste vi veta hur vi ska använda den informationen för att designa en konstruktion.

Svarta lådan för hjälmar
Det man lyckats konstruera är en slags svarta lådan för hjälmar. Tekniken känns igen från flygplan, där den svarta lådan kan rekonstruera en krasch. Med hjälp av ett chip kan man bland annat se hur fort det gick när huvudet skadades, vilket håll smällen kom ifrån, hur hårt det slog i och hur lång tid smällen varade.

Andrey Koptyug hoppas i framtiden även kunna får svar på vilka situationer som är mer farliga än andra. Till exempel vet vi att det är farligt att slå huvudet mot en sten, men hur farligt är det att träffa snö? Vad gör det för skillnad om snön är nypistad eller inte?

– Vi har en känsla, men vi kan inte bevisa det.

Om forskarna någon gång kommer fram till svaren kring hjärnan återstår ett annat problem. Ju högre säkerheten är, desto mer ökar människors riskbeteenden. Så om säkerhetsutrustningen blir bättre, så finns det en risk att utövarna bara kommer att åka fortare.

– Människor underskattar faran med skidåkning. Åker man väldigt snabbt kan en hjälm bara göra lite. En huvudskada kan visa sig timmar efter den har uppstått och då bli direkt livshotande. Hur kan vi hjälpa att undvika sådana saker, frågar sig Andrey.

Den nya versionen av Ben, som ska vara klar i slutet av februari, har ännu inte fått något namn.

Artikeln var först publicerad på Mittuniversitetets webb, 2 februari 2018.

Läs också

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Fejkad hjärna för säkrare skidhjälm

 lästid ~ 5 min