2014年七月的最後一天，高雄發生了石化氣爆事件，數十人死亡，數百人受傷，我們不願在去想整件事情的悲傷。石化氣爆的能量，就跟炸彈一樣。隨著炸彈爆開來，伴隨著火燒、震動、坍塌、熱氣、巨響，都讓現場的受害者感受極端的痛苦。但還有一個傷害，較容易被忽略，因為看不出外傷，影響也是比較緩慢的，那就是爆炸產生的巨大震波對人體的器官的影響。 試想想，雖然逃過現場的立即傷害了，命也保住了，但是，這一遭留下什麼痕跡?
自從美國派兵伊拉克和阿富汗，每年都有超過三十萬回到美國的士兵，因為戰地的無預警炸彈爆炸的影響，帶有腦部傷害。這種創傷型的腦部傷害，可以是輕微的症狀，像是揮之不去的頭痛和噁心，到嚴重的記憶或者認知受損。
震波對人腦的傷害
2007年開始，美國國防部認知道這個問題的嚴重和複雜性，決心投資創傷型腦部傷害的研究。儘管如此，科學家對腦內部產生的傷害，大部分的知識來自於動物實驗，對於爆炸對人腦的影響所知有限。現在MIT的研究員，根據先前的動物實驗，發展了新的比例定律 (scaling law)模型，來預測爆炸的震波對人類腦部的傷害。這個模型，可以幫助設計士兵的安全帽，也可以用來幫助臨床對腦部傷害的診斷，尤其針對看不見的腦部傷害。以前的比例定律，認為人腦相較動物腦對爆炸威力更有彈性。但是，MIT的研究團隊，研究得到相反結論。事實上，人類頭殼骨的厚度相對腦部大小而言，較動物脆弱。
為了了解腦內部的傷害，科學家利用模擬的方式，模擬人、豬、老鼠的腦，給予不同強度的爆炸力。這種模擬，可以預估爆炸產生的震波自頭殼到腦部傳遞過程的影響。根據腦內壓力，研究員發展了一個方程式，或者稱做比例定律，來預測各種生物腦部受到震波的傷害。因為用電腦模擬，所以可以自由增減震波強度，也可以減少動物實驗。
爆炸產生的波動，是ㄧ種震波，或者說是因為空氣受到壓縮，急著衝出爆炸中心而產生。除了爆炸碎片和化學傷害，這種震波也會對像是肺臟和腦部產生嚴重傷害。震波經過腦部，可能重擊腦內軟組織，造成慘烈的破壞。
電腦如何模擬人腦
2010年，MIT的Radovitzky研究群，就建立了以影像和電腦結合的人頭模型，用來描述受壓的空氣如何通過軟組織。透過這個模型，研究員發現高能量的爆炸波動式如何輕易的經過頭部的開放位置，像是眼睛，鼻孔進入腦部，同時，了解適當的面罩是如何預防這樣的傷害。自此之後，研究團隊也對豬和老鼠發展了類似的模型，來截取腦部受到震波後的機械反應。
現在，這個團隊，利用數學模型，精確的建立了頭骨，腦和周圍組織，包含他們的密度，體積，結構，計算爆炸的壓力震波經過腦部，如何傳遞擴散開來。這種電腦模擬的優點之一，就是可以知道內部的變化。
模擬結果得到新的理論
整體而言，模擬結果顯示，頭殼和其他生物結構，就像一個保護殼，可以削弱震波的力量，如果這層結構越厚，傷害越小。人類相較其他動物的頭殼而言，腦部傷害的風險較大。等等，這樣的結論正確嗎?
的確，過去的理論，認為生物體對爆炸的脆弱性，根據生物體的質量而不同。這種理論，忽略了物理結構的功能。如果按照過去的理論，人類的體重較豬或老鼠重，那麼腦應該較不易受到傷害。其實這樣的理論，起自爆炸對肺臟的影響。爆炸導致肺臟的損害，例如出血、水腫，這些都和質量有關。也就是說越大的動物，肺臟的傷害越小。根據這項理論，過去也為士兵開發出防彈背心。所以過去十年，在伊拉克的士兵，都沒有什麼肺臟受傷害的例子。現在，研究將著重在腦部的傷害研究，另外，也和聽力專家合作，耳膜破裂的治療案例。
經過電腦模擬，可以精確看到爆炸震波對腦部的影響，是電腦核磁共振影像，無法看到的。
文章參考：MIT News；圖片來源：Jose-Luis Olivares/MIT A Health Blog CC Licensed。
