新型头盔设计：让运动更安全 

BrainGuard的产品线包括棒球、自行车、曲棍球和橄榄球运动的专用头盔。公司正在为其他运动类型以及军事、消防、建筑等领域研发头盔原型。所有头盔都有一个旋转减震器，减少扭矩对头部的伤害。 （图片来源：Robert Knight）

神经学家Robert Knight见过大脑在颅内剧烈震荡的场景，也清楚这类频繁发生的惨剧会导致的严重后果。

Knight是美国加州大学伯克利分校（UCB）心理学和神经科学教授，在他40年学术研究和医学博士生涯里，认识一些因自行车和车祸导致头部受伤，生活和事业脱轨的学生和朋友。他也经手处理过不少意外受伤的大脑。

每每想到他自己的孙子们可能也会从自行车上摔下来，撞到头，他都难免会感到不安和畏缩。

为此，Knight发明出一种更好的头盔，其内置护垫能更有效地减轻直接撞击的效果，但更重要的是，它的外壳经过创新改良，可以旋转吸收传统头盔无法抵御的扭转力。

新型头盔能在多种场合派上用场，为橄榄球和曲棍球运动员提供保护，这类运动员的头部经受着最严重和最频繁的冲击。此外，警察、士兵、滑雪运动员、骑行者等佩戴头盔或安全帽人群也适用。

大多数人认为脑震荡——一种脑挫伤——是最危险的创伤，但扭转运动同样危险，因为它会撕裂大脑神经纤维。虽然健壮的前锋运动员会发展出能承受有限扭矩的强壮脖子，但包括大多数中学橄榄球运动员在内的儿童和青少年没有这样的能力。

Knight说，“针对头部的直线线性冲击固然不好，但除此以外，还有旋转力会扭转大脑。比如在拳击比赛里，一记大力勾拳打歪对手的头，就能让他们出局。因为大脑天生不是用来旋转的；扭转会最终损伤大脑中的关键连接纤维。”

BrainGuard公司

八年前，Knight创建了BrainGuard公司，研发新型头盔设计，引起头盔制造巨头们的关注。截至目前，他和四人团队已生产出适用于橄榄球、曲棍球、棒球、自行车、摩托车、运动型功能车和雪地运动的头盔原型产品。

Knight是UCB海伦威尔斯神经科学研究所前所长，他说，“因为我是神经学家，我希望看到有产品能减少创伤性脑损伤及其对大脑、情感、认知和行为功能的影响，改善人们的生活质量。这是我的愿望。”

UCB首席橄榄球设备经理Tim Feaster表示，一年前他在奥克兰突袭者队担任助理设备经理时，第一次试戴新型头盔，随后他协助Knight把头盔用在几名加州球员身上，球员的反响很好。

他说，“我认为这项技术非常厉害。我从未见过这种头盔：外壳能相对内壳移动，很有意思。这种创新的移动方式很有意义，我认为这种头盔的技术含量很高。”他还补充道，一旦头盔通过相关认证，他“绝对”会向其球队推荐这款橄榄球头盔。

Feaster承认，球员在选择头盔时，通常更注重美观性而不是安全性，目前加州橄榄球队球员可从四家供应商的超过15种头盔中选择。脑震荡也是他们的主要忧虑。

他说，“如果我信任这项技术，我完全赞成让球员们至少尝试一下，所有能减少球员损伤的新技术，我都力挺。”

Robert Knight，主要研究记忆等基本脑功能，治疗阿尔茨海默症和帕金森病患者，他发明出一种新型头盔，能防止头部外伤造成的脑损伤。 （图片来源：UCB，Stephen McNally摄）

创伤性脑损伤：全球最主要的致死和致残原因

Knight引用的美国创伤性脑损伤（TBI）数据，其范围之广、数量之大，令人震惊。美国疾病预防和控制中心（CDC）在2014年跟踪了290万受TBI影响的美国人，主要由跌倒和机动车碰撞引起。虽然大多数伤者都是轻度脑震荡，但其中有28.8万人住院和5.7万人死亡。世界卫生组织（WHO）估计，TBI将是今年（2019年）世界上致死和致残的主要原因。

然而，这些数据并不能解释许多与运动相关的脑震荡，虽然不至于送去医院急救，但运动员不得不在比赛剩余部分静坐休息。美国脑损伤研究所估计，2001年至2005年，5~18岁的人群中，有135,000例与运动相关的脑震荡。虽然脑震荡的症状——头痛、恶心、疲惫、记忆混乱、睡眠障碍、情绪变化等——通常会消退，但反复轻度脑震荡的累积效应可能会很严重。

Knight说：“大多数人认为，颅内是一个光滑的容器，就像蛋壳，里面装着宝贵的大脑。但实际上不是这样，颅内充满各种各样的骨性隆起，破坏力相当大。类似于我打你的手臂，会造成淤伤。但如果大脑受到挫伤，淤血会引起一系列反应，导致脑细胞死亡。”

当脑部淤伤反复发生时，即使没有脑震荡，人也会得慢性创伤性脑病（CTE），这在过去十年里引起广泛争议，也是Will Smith主演的2015年电影《脑震荡》的主题。

橄榄球前锋运动员的问题尤为突出，CTE已导致早期痴呆症、情绪变化甚至自杀在退役职业球员中流行。一项对202名前橄榄球运动员死后捐赠的大脑研究显示，仅在中学时期踢球的14人中，3人（21%）呈现CTE；在大学时期踢球的53人中，48人（91%）患有CTE；美国国家橄榄球联盟（NFL）的111名球员中，110人患有CTE。

Knight说，“这是NFL和NHL（美国国家曲棍球联盟）培养出的大猩猩。”

虽然脑挫伤和淤血块是一大问题，但脑纤维扭曲扭转时产生的撕裂也同样具有破坏性。

Knight说：“大脑内的细胞通过轴突在连接纤维上向另一个细胞传递信号，这是大脑运行的基础。当受到复杂的扭转和旋转力时，拉压、剪切作用可以机械性损伤和撕裂脑内的连接纤维。”

包括NFL使用的头盔在内，目前最好的头盔内有护垫，能很好地吸收直接碰撞产生的能量，防止撞击的全部力量传到大脑。但这些头盔没有考虑能引起头部弯折和旋转的冲击。Knight的橄榄球头盔外壳能相对接触头部的内壳旋转约1英寸，可吸收能导致永久性脑损伤的危险性扭矩。他说，其他球形头盔，比如适用于自行车和滑雪板的头盔，能旋转约1.5英寸，吸收更多的旋转能量。

为了让头盔实现旋转，Knight在内外壳之间布置紧凑的塑料支柱。支柱能使外壳相对于紧固头部的内壳产生滑动，本质上是一个旋转减震器。

Knight和BrainGuard团队建造了一个最先进的测试设备，用于测试新型头盔设计承受头部直击和侧击的效果。

（图片来源：UCB，Stephen McNally摄）

改造传统头盔

BrainGuard的首席技术官、UCB工程博士Ram Gurumoorthy与Knight表示，新设计没有额外增加橄榄球头盔的重量和厚度，许多传统头盔可通过增加新外壳和支柱实现改良。新型头盔设计还有更轻型的碳纤维面罩，可适用于任何运动或娱乐活动：攀岩、越野、全地形运动，以及棒球、曲棍球、橄榄球和水球等，其中水球是脑震荡最多发的运动之一。同样的内壳和替换式外壳也适用于工业、消防和军用头盔。

Knight说：“这款头盔的美妙之处在于它是一个模块化平台，这意味着与头部相接的内部可以保持不变或小幅改动，只需根据运动类型修改外壳。”

BrainGuard的橄榄球头盔于去年11月通过了美国国家运动器材标准运作委员会的认证程序，意味着制造系统建成后，Knight的公司便可向中学、大学和专业球队提供头盔。现在公司正在建设一条小型生产线，产量约1,000个橄榄球头盔，足以让一些中学和大学球队测试设计效果。公司也在寻找投资，建造自行车、摩托车、雪地运动专用头盔的注模和生产线。

Knight说：“我要强调，目前市场上的橄榄球头盔是有效的，但我们想让它们更好。”

他们的公司位于美国加州里士满角的一个工业园区内，Knight和Gurumoorthy在车库里建造了一台最先进的头盔测试设备，用于对比BrainGuard的产品和其他商用头盔的效果。Knight表示，就旋转阻尼力而言，新型设计比市面上所有头盔好25%~50%。CTE病始于大脑额叶，对于容易导致CTE的正面冲击，新型设计尤为有效。

他说：“我们的头盔可以将旋转力减少一半，但不能完全消除。这不是万能药；我们只能减少头部受到冲击的影响。”

减少头部创伤的更有效方法是，禁止13岁以下儿童铲球——这是Pop Warner Little Scholars公司联赛中常见的招数，同时要改变年长球员在训练和比赛中使用头部的方式。但除非禁止接触性运动，否则不太可能实现，因此一款更好的头盔至少能减少脑震荡的次数和反复轻度脑震荡带来的损伤，降低发展成CTE的可能性。

Knight最大的担忧是，更好的头盔可能会纵容更多暴力和危险行为。

他说，“我最担心的是，如果有一款更好的防护头盔，人们就不会注意到他们应做的其他事情，比如减少或消除头盔之间的接触。我的梦想是，有一天，我的8岁孙女能戴上设计精良的自行车头盔，这样一旦她从自行车上摔下，受到严重脑损伤的可能性会大大降低。”

作者：Robert Sanders

翻译：巢栩嘉

审校：赵欢

引进来源：美国加州大学伯克利分校