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啄木鳥天生有防震盪的結構嗎?

啄木鳥天生有防震盪的結構嗎?Credit:RichardBH@Flickr CC BY 2.0

腦震盪傷害

許多激烈的運動,像是美式足球、冰上曲棍球、拳擊…等等,運動時需戴上安全頭盔與護具,以避免腦部受傷。但以當今而言,就算是最先進的頭盔,防止腦組織受到震盪的能力仍然很有限。怎麼說呢?人類的頭部結構如同雞蛋一般,外面的頭骨類似雞蛋的蛋殼,而腦組織就像是蛋黃。戴上安全帽雖然能在一定程度上防止頭骨受傷,但腦組織和頭骨之間因為沒有足夠的緩衝區,所以大腦可能還是會遭受重創,也就是說單靠安全帽的防護是明顯不足的。這也是為什麼患者腦部受撞擊之後,即使沒有外傷,醫師會要求住院以便觀察是否有腦內傷害的原因。這種腦損傷的狀況常發生在許多退休運動員身上,成了後半生的痛苦來源。

啄木鳥怎麼不會頭痛?

在大自然中,有一種動物–啄木鳥,以每秒20次的頻率啄木頭,頭部也同樣受到很大的震盪,然而啄木鳥並未因此有頭痛或者腦震盪的現象。科學家特別針對這點去解析啄木鳥的頭部結構,發現牠異於其他鳥類的舌頭結構,其長度達17公分之多,穿過喉部後再分叉為兩條,繞過後腦,繼而勒住整個腦部(像是雙肩後背包的兩條背帶一般),若從側方剖面來看,其整體形狀類似衣架上半部。當牠啄木時,舌頭會伸出鳥喙,於此同時也會壓緊、拘束住大腦,這樣便減少了腦組織在顱內可震盪位移的空間。但人類沒有這樣的舌頭,模仿不來。那麼,如何應用這樣的原理來開發新產品,幫助有此需求的球員,並減少腦震盪的機率呢?

戴個頸圈,能減少腦內的震盪?

科學家針對以上的推論,開發出一種頸圈(點這裡看圖片),類似搭乘客機時使用的充氣枕頭的形狀,環繞穿戴者頸部,前半部在氣管喉頭這一面是開放式的,這個頸圈主要的作用是對人類頸部兩側的「頸靜脈」 (jugular vein)施加一些壓力,以便向顱內推進約一湯匙體積的血液,也就增加了緩衝腦部的能力,進而減少腦組織和顱骨間震盪的位移。目前這個開發計劃已獲得美國製造商Bauer ice hockey equipment和Cascade lacrosse helmets的支持,計畫未來能通過美國食品及藥物管理局(FDA)許可,並在1~2年內生產上市。

實務上,要驗證這項發明的效果是相當挑戰的,首先要在實驗室對麻醉的老鼠進行實驗,證實能減少腦組織的衝擊;接下來就請運動員穿戴這個頸圈實際試驗,但實際上,運動員的心理因素很容易影響這個產品的評價結果,畢竟衝擊力道的減少程度,沒辦法像其他消費性產品一般,可以直接量測產品本體的「加速度」(acceleration)來評判該設計可抵銷外來衝擊的程度(例如電腦硬碟機或車用音響的衝擊實驗…等等)。不過,也有人質疑穿戴造成的不適感,但發明人用打領帶來解釋,他認為這項產品所造成不適感或許還比打領帶小一些。

您覺得這個從啄木鳥的身上得到啟發的新產品可行嗎? 這項產品在臨床上解決「腦震盪」(unmet need),也有很大的目標客戶群,只剩下如何更有效率地去證明它的效果了。

文章參考:BloombergeBusiness
影片來源:LesleytheBirdNerd
圖片來源:RichardBH@Flickr  CC BY 2.0


作者簡介

BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。