下次你玩《愤怒的小鸟》的时候，想想看——手机上捕捉动作的同类型传感器也在生物医学研究中发挥作用，使儿童运动更加安全。
过去三年，斯坦福大学医学院和斯坦福卢西尔·帕卡德儿童医院的研究人员一直在以新的方式使用这些传感器，以了解和测量运动员在发生碰撞导致脑损伤时的情况。
尽管媒体对美国国家橄榄球联盟（NFL）成年球员的脑震荡给予了大量关注，但儿童——无论男孩女孩——也正深受轻微的、反复性运动损伤的影响。从数量上看，全美有数百万儿童参与休闲体育运动，而NFL球员仅有数千人。如今，许多年轻运动员在篮球、足球和长曲棍球等各种运动中，比赛强度更大、速度更快，且经常发生身体接触。
“脑震荡的问题比我们之前认为的更为普遍，”儿童神经科主任保罗·费舍尔医学博士说。“我们现在对脑震荡的定义更加宽泛，指的是头部受到撞击并伴有某些神经系统症状，例如头痛、头晕或恶心——而不仅仅是意识丧失。”
13岁的艾娃·詹姆斯（Ava James）最近来到费舍尔诊所就诊，此前她在足球训练中头部受伤，出现恶心、头晕和头痛等症状。她只是众多案例中的一部分——全美每年约有50万儿童因运动相关脑震荡前往急诊室就诊。还有许多儿童并未前往急诊室，或者少报了他们的症状。过去11年里，女孩的脑震荡发生率每年增长21%，高于男孩的14%。
冲击科学
尽管脑震荡日益受到关注，但人们对不同类型的撞击如何造成脑损伤知之甚少。当运动员遭受重击时，损伤及其影响有时并不会立即显现。由于不同个体的症状各异，脑震荡难以诊断，CT扫描往往无法检测到，很大程度上依赖于运动员的自我报告——前提是他们诚实。
为了预测和预防脑震荡，斯坦福大学生物工程系助理教授、博士大卫·卡马里洛正在开发一种创新方法，这可能会改变运动脑震荡研究的格局。
卡马里洛的实验室利用加速度计和陀螺仪（与智能手机中常见的传感器类型相同）收集脑外伤发生时的数据。通过与斯坦福大学体育部的卓越合作，斯坦福大学橄榄球队的大多数队员都佩戴装有传感器的护齿，这些传感器可以记录和测量训练和比赛中每一次头部撞击的物理数据。此外，卡马里洛和他的团队还使用超高清慢动作摄像机，密切观察并拍摄碰撞过程——这些影像能够精确到每一毫秒地展现撞击力如何在球员体内扩散。
“这个故事还处于早期阶段，”卡马里洛说，“但我们已经看到了一些令人震惊的数据。”
作为参考，1G 是重力加速度的标准单位。在车祸中，加速度可能达到 50 或 100G。卡马里洛和他的团队在一些橄榄球比赛中最猛烈的撞击中观察到，重力加速度高达 150G。这还不包括角加速度，即球员头部和颈部在受到撞击后的旋转。斯坦福大学的这项研究是首批将角加速度作为可能导致脑损伤的重要因素进行测量的研究之一。
此外，以前可能只算作一次撞击的事件，实际上是两次连续的碰撞。球员在被擒抱时会受到第一次撞击，但当头部撞击地面时，大脑会再次受到创伤——这导致二次撞击，从而产生不止一次脑震荡。
卡马里洛通过对非受伤事件和受伤事件进行测量，旨在缩小范围并确定受伤的阈值。他说：“我们的最终目标，是发现脑震荡的机制，以便我们能够制定更好的预防措施，特别是针对那些面临脑损伤和认知发育障碍风险的年轻运动员。”
尽管这项研究可能还需要五到十年的时间，但从斯坦福大学橄榄球队员身上收集的数据或许有助于确定儿童和青少年在休闲活动中承受的冲击“剂量”。在戴维和露西尔·帕卡德基金会的资助下，该项目目前正在扩展，将测试其他类型的可穿戴头部传感器纳入其中，这些传感器有望在女子运动中得到更广泛的应用，因为女子运动并不强制佩戴护齿器。这项基础研究以及在斯坦福大学女子长曲棍球和足球运动员身上开展的试点研究，或许能够帮助研究人员更好地了解头部损伤对女子运动的不同影响。
杰拉尔德·格兰特医学博士（Gerald Grant, MD, FACS）是斯坦福大学卢西尔·帕卡德儿童医院神经外科副教授，虽然他刚刚加入该院，但很快就全身心投入到推进运动性脑震荡研究的工作中。格兰特博士曾在美国空军服役，是一位儿科神经外科医生，他治疗过的患者涵盖了从伊拉克爆炸性脑震荡的士兵到门诊中越来越多的足球脑震荡女孩。
格兰特指出，越来越多的研究表明，头部损伤可能具有累积效应。“这不仅仅是一次严重的打击，”他说，“而是一系列反复的、较轻的打击，随着时间的推移，实际上会导致严重的损害。”
格兰特补充道：“考虑到大学足球运动员平均每个赛季要头球数百甚至数千次，我们必须更好地了解这些问题，并就此展开讨论。” 自去年秋季来到斯坦福大学以来，格兰特与卡马里洛、费舍尔等人合作，利用斯坦福大学雄厚的专业知识，推进相关研究。
“斯坦福大学拥有杰出的运动员和学者——我们就像古希腊的斯巴达城邦一样，”费舍尔笑着说道。玩笑归玩笑，这里确实汇聚了精英运动员的卓越才能和深厚的求知欲，即使是那些积极参与研究的运动员和教练也体现了这一点。此外，斯坦福大学提供的跨学科合作机会，例如工程、生物设计和医学，也使得取得突破性进展变得更加容易。
对于忧心忡忡的家长，儿科医生费舍尔和格兰特很快指出，儿童参与体育运动的积极影响——例如改善身体健康、提升身体形象和增强自尊心——远远大于头部受伤的风险。13岁的足球运动员艾娃休息两周后即可恢复正常活动，但她的头痛症状却花了五个月才完全消失。研究人员仍在努力寻找更明确的指标来预测和预防头部受伤，同时他们也鼓励教练、运动员和家长们更多地了解脑震荡，包括遵守规则和使用合适的安全装备的重要性，给予年轻运动员充足的身心恢复时间，以及在重返赛场前先恢复正常学习。
本文发表于 2014 年春季的《露西尔·帕卡德儿童新闻》杂志。
