Bảo Vệ Tư Duy Thông Minh Này Có Thể Giám Sát Chấn Thương Não

Nếu bạn đã xem Super Bowl LII trong tháng trước, bạn sẽ nhớ khoảnh khắc trong quảng thời gian thứ hai khi quarterback của Patriots, Tom Brady, tìm thấy Brandin Cooks mở cửa rộng cho một pha hoàn thành tuyệt vời, 23 yards. Nhưng khi Cooks quay người chạy về phía vùng đích, anh không nhìn thấy an toàn của Eagles, Malcolm Jenkins, đang đuổi theo anh từ bên trái. Giống như một con cá mập, Jenkins lao ra từ đáy đục, và đạt đến Cooks bằng một cú đánh mạnh vào đầu.

Trong những cận cảnh, bạn có thể thấy đầu của Cooks lảo đảo trên vai trước khi anh ngã xuống đất. Anh mất ý thức ngắn ngủi, và sau khi anh bước ra khỏi sân, anh không quay lại cho phần còn lại của trận đấu. Điều này là do quy định an toàn chấn thương não của NFL—một quy trình chủ yếu liên quan đến việc kiểm tra các triệu chứng mơ hồ như "ánh mắt trống trải", và đang trải qua quá trình sửa đổi mở rộng để ngăn chặn người chơi khỏi chấn thương nặng nề.

Không phải là bí mật rằng NFL đang gặp vấn đề về chấn thương não. Vô số cầu thủ đã thể hiện những ảnh hưởng lâu dài của chấn thương đầu liên tục, đủ ghê rợn để Barack Obama và Justin Timberlake nói họ sẽ không bao giờ để con cái của họ chơi bóng đá.

Năm 2016, Liên Đoàn cam kết $60 triệu để phát triển thiết bị an toàn tốt hơn cho cầu thủ. Một công ty, Prevent Biometrics, tin rằng họ có thể giúp NFL đạt được mục tiêu đó bằng cách cung cấp dữ liệu tốt hơn. Với hệ thống theo dõi tác động đầu được gắn trên nướu mới của họ, Prevent Biometrics hy vọng giúp các nhà nghiên cứu thu thập càng nhiều dữ liệu về va chạm đầu càng tốt. Và với dữ liệu đó, họ hy vọng thay đổi cách các vận động viên và HLV xử lý chấn thương não một cách tích cực hơn.

Hành trình theo dõi chính xác tác động đầu trở lại từ những năm 1950, bắt đầu với nghiên cứu của Tiến sĩ John Paul Stapp. Là một bác sĩ phẫu thuật máy bay của Không quân, Stapp đã sử dụng chính bản thân mình làm đối tượng thử nghiệm để nghiên cứu về tác động của gia tốc và giảm tốc độ lên cơ thể con người. Ông đã được gọi là "búp bê va chạm của con người" vì đóng góp của mình trong việc hiểu cách hộp sọ phản ứng trước va chạm—và cách làm cho máy bay và ô tô an toàn hơn trong trường hợp tai nạn.

Trong thể thao, những tác động đó thường được đo bằng cảm biến gắn trên mũ bảo hiểm. Hệ thống theo dõi tác động đầu gắn trên mũ Riddell Sideline Response System (SRS) đã có sẵn để bán từ năm 2004. Nhưng dữ liệu thu thập từ những cảm biến đó bị thiếu sót, vì mũ bảo hiểm di chuyển khác biệt so với đầu người. Đó là một phần lý do mà NFL thông báo vào năm 2015 rằng họ tạm thời hoãn việc sử dụng các hệ thống theo dõi chấn thương não cho đến khi có phương pháp chính xác hơn được tìm ra.

Bây giờ, có vẻ như có một phương pháp: một bảo vệ tư duy. Các vận động viên chơi thể thao không đội mũ bảo hiểm, như võ sĩ đánh võ hay đô vật, thường đeo bảo vệ tư duy. Và quan trọng hơn, dữ liệu mà những chiếc bảo vệ tư duy thu thập là chính xác hơn nhiều so với cảm biến trên mũ bảo hiểm, vì bảo vệ tư duy được kết nối trực tiếp với hộp sọ qua răng.

Tiến sĩ Adam Bartsch đã nghĩ về một bảo vệ tư duy gắn cảm biến hơn một thập kỷ trước khi ông trở thành giám đốc khoa học chính tại Prevent Biometrics. Lần đầu tiên tôi gặp Bartsch là tại Triển lãm Điện tử Tiêu dùng 2018, nơi ông nhẹ nhàng đánh một cái đinh vào đầu của một búp bê kiểm tra tai nạn có kích thước của trẻ em.

Khi Bartsch chỉ là một sinh viên cao cấp ngành kỹ thuật cơ khí tại Đại học Ohio, ông lần đầu tiên nghe về ý tưởng theo dõi tác động đầu qua một chiếc bảo vệ tư duy.

“Năm 2003, tôi tham gia một buổi nói chuyện của Tiến sĩ Stefan Duma từ Đại học Virginia về dữ liệu cảm biến đầu tiên thu được từ một hệ thống gắn trên mũ trong bóng đá,” Bartsch nói. “Tiến sĩ John Melvin, người là kỹ sư an toàn hàng đầu trong khán giả, đặt một câu hỏi về việc gắn cảm biến vào một chiếc miệng để có kết nối tốt hơn. Tôi nhớ nghĩ, ‘Nghe có vẻ như là một ý tưởng tuyệt vời đấy.’”

Cho đến khoảng năm 2008, khi đó, là giám đốc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Đầu, Cổ và Cột sống tại Cleveland Clinic, Bartsch bắt đầu thảo luận với Tiến sĩ Vincent Miele về ý tưởng. Miele, giáo sư phẫu thuật thần kinh tại Trung tâm Y tế Đại học Pittsburgh, cũng là một người mê môn quyền anh và là bác sĩ ngồi bên sàn đấu từ lâu. Ông nhận ra rằng võ sĩ đánh võ đang phải chịu đựng không cần thiết vì trọng tài, giống như một HLV, ra quyết định knock-out dựa hoàn toàn vào bằng chứng chủ quan. Giống như Bartsch, ông giả định rằng phải có một cách để đo đạc chính xác các tác động đầu và biến cuộc gọi trở thành một quy trình khách quan, dựa trên dữ liệu.

Bartsch và Miele đưa ý tưởng này đến Tiến sĩ Edward Benzel, chủ tịch hội đồng quản trị hội đồng phẫu thuật não tủy Cleveland Clinic, và Lars Gilbertson, giám đốc tại Cleveland Spine Clinic. Mục tiêu là phát triển một hệ thống theo dõi cho võ sĩ đấu chuyên nghiệp và người chơi đấu amateur. Đội ngũ đã thu về những hỗ trợ tài trợ từ tổ chức như Viện Y tế Quốc gia và Bộ Giao thông để phát triển công nghệ này. Khi kiểm tra nó trong môi trường phòng thí nghiệm và với các võ sĩ và cầu thủ bóng đá trẻ, bảo vệ tư duy của Prevent có thể đo đạc tác động đầu một cách chính xác đến 5% so với giá trị thực sự của tác động, khác biệt so với các máy đo khác trước đó đã được thử nghiệm bởi NFL.

Tuy nhiên, việc tạo ra chiếc bảo vệ răng đã đối diện với những thách thức. Bất kỳ thiết bị điện tử nào trong chiếc bảo vệ răng đều phải rất nhẹ, nhỏ, và bền. Và vì chiếc bảo vệ răng được đun sôi trước khi nó được vừa vặn vào răng của vận động viên, các thành phần cần phải chịu được nhiệt độ cao.

Một trong những điều kiện của hợp đồng tài trợ từ NIH cho đội là một đối tác thương mại cuối cùng phải được đưa vào để thiết bị có thể cuối cùng được đưa ra thị trường, để đến được các tổ chức thể thao cho thanh thiếu niên và trung học. Năm 2015, Steve Washburn được đưa vào làm Giám đốc điều hành để thành lập Prevent Biometrics, mang theo 15 năm kinh nghiệm làm Giám đốc điều hành của công ty bảo vệ răng hàng đầu Shock Doctor.

Đội đã huy động khoảng 9 triệu đô la để bắt đầu quá trình học cách làm cho chiếc bảo vệ răng hiệu quả, có quy mô và có thể tiếp cận được đến đông đảo khán giả hơn. Việc một trong những nhà đầu tư hàng đầu của công ty là công ty 15 tỷ đô la Murata Electronics đã hỗ trợ đội Prevent Biometrics 15 người trong việc tìm kiếm các thành phần cho một bo mạch mạch linh hoạt, được giữ ở trong miệng bằng một polymer nhiệt độ đặc biệt.

Được lắp đặt trên bo mạch là bốn cảm biến gia tốc, hai ở mỗi bên và hai ngoài trung tâm. Bo mạch cũng bao gồm một đèn và cảm biến tiệm cận (để đảm bảo rằng bảo vệ răng được đặt chặt trên răng của người chơi), ba đèn cảnh báo LED, thành phần sạc không dây và một mô-đun Bluetooth.

Các cảm biến gia tốc theo dõi số lượng, hướng và lực tác động trên trục X-Y-Z, và một thuật toán được cấp bằng sáng chế tính toán lực tác động, vị trí, hướng và số lượng tác động. Dữ liệu được gửi qua Bluetooth đến ứng dụng iPad. Hiện tại, ngưỡng cho cảnh báo tác động được đặt ở mức 50gs, nhưng đội đang làm việc với các nhà nghiên cứu để xác định ngưỡng mà một vận động viên nên bị rút khỏi sân.

“Bo mạch của chúng tôi có độ dày 0,5 milimét," Washburn nói. "Nó mang theo tất cả dây cáp, kết nối với hàng trăm thành phần và có thể chịu được nhiệt độ, áp lực, độ ẩm và nhiệt độ... Nó phải có sạc không dây. Nó phải có thời lượng pin đủ để kéo dài cả trận đấu. Tôi nghĩ mọi người coi như điều hiển nhiên rằng họ có thể sử dụng iPhone mỗi ngày, nhưng [tạo ra điều này] là vô cùng phức tạp.”

Mất ba năm công sức để đưa chiếc bảo vệ răng ra thị trường. Kể từ tháng 3 năm 2018, phiên bản beta đã có sẵn trong chín tháng cho các nhà nghiên cứu về chấn động. Sản phẩm thương mại sẽ có sẵn trong năm nay cho các tổ chức thể thao thanh thiếu niên và trung học; với hơn năm triệu vận động viên trẻ tham gia các môn thể thao va chạm như lacrosse, hockey và bóng đá, đó là nhiều chiếc bảo vệ răng. Phiên bản đun và nhấn nói chung có giá bán lẻ là 199 đô la.

“Nó đã mở ra khả năng đo lường sự tiếp xúc với đầu trong các môn thể thao khác ngoài bóng đá,” ông Brian Stemper, giáo sư kỹ thuật y sinh học tại Đại học Marquette và Viện Y học Wisconsin nói. Tháng 8 năm 2017, nhóm nghiên cứu của Stemper bắt đầu sử dụng bảo vệ răng Prevent để đo lường sự tiếp xúc với đầu ở các cầu thủ bóng đá hạng III của NCAA.

“Trong các môn thể thao va chạm, truyền thống, có ý kiến rằng đó là một tác động lớn đơn độc dẫn đến sự bắt đầu của chấn động. Chúng tôi đang bắt đầu nhìn thấy rằng ít nhất trong bóng đá, có một vai trò cho sự tiếp xúc lặp đi lặp lại với đầu,” Stemper nói. “Đó là cọng rơm làm gãy lưng dê, nơi bạn có sự tích tụ... cuối cùng dẫn đến sự bắt đầu của chấn động, với một tác động đầu không đáng chú ý.”

Quân đội cũng quan tâm đến việc nghiên cứu chính xác về vai trò của sự tiếp xúc đầu lặp đi lặp lại, như Stapp đã mô tả một cách sinh động vào những năm 1950. Năm 2017, Bộ Quốc phòng đã ký một hiệp định hợp tác với Prevent Biometrics. “Chúng tôi được giao nhiệm vụ thu thập dữ liệu tiếp xúc đầu đầu tiên trong các nhóm dân số quân sự,” Bartsch nói. “Người tập trận cơ bản phải chịu đòn đầu. Chúng tôi cũng đang đo lường các vận động viên tại các học viện quân sự.”

Chiếc bảo vệ răng Prevent không thể chẩn đoán chấn động. Thay vào đó, nó chỉ dẫn huấn luyện viên kiểm tra danh sách triệu chứng chấn động của CDC—Người chơi có vẻ mơ hồ không? Người chơi có mẫn cảm với ánh sáng không? Buồn nôn? Tầm nhìn mờ?—và thêm vào đó một số dữ liệu khách quan.

Là một phần của kế hoạch cải thiện thiết bị an toàn cho người chơi, NFL sẽ đánh giá các bảo vệ răng có cài đặt cảm biến khác nhau vào tháng sau. Bảo vệ răng Prevent Biometrics là một trong những ứng viên hàng đầu. Đội hy vọng nó có thể chứng minh rằng với nhiều thông tin hơn, tổ chức có thể bắt đầu bảo vệ các môn thể thao có tác động cao—từ NFL, cho đến các đội thiếu niên.

“Chúng tôi không cố gắng làm chết trò chơi bóng đá,” Stemper nói. “Chúng tôi đang cố gắng làm cho trò chơi an toàn hơn. Tôi nghĩ đó là một ví dụ thực tế—bạn có thể nhìn vào những người chơi có sự tiếp xúc cao, tìm hiểu tại sao họ có sự tiếp xúc cao, và hướng dẫn họ cách tránh nó.”

Washburn đồng tình. “Chúng tôi mạnh mẽ tin vào giá trị của thể thao trong sự phát triển của trẻ em,” ông nói. “Một số môn thể thao có thể đối mặt nguy cơ do chấn thương não. Khả năng phát triển một sản phẩm làm cho thể thao an toàn hơn và xây dựng trên những gì chúng tôi nghĩ là một phần quan trọng của xã hội, là lý do tại sao nhiều người tin vào dự án này.”

Sửa đổi, 1/3/17, 15:15 EDT: Phiên bản trước đó của câu chuyện đã nhầm lẫn về nguồn tài trợ của Prevent; nó là 9 triệu đô la, không phải 6,5 triệu đô la. Steve Washburn được trích dẫn nói rằng chiếc bảo vệ răng có thể chịu được "nhiệt độ, áp lực và nhiệt độ"; câu trích đúng là "nhiệt độ, áp lực và ẩm." Trong phiên bản trước của bài viết này, chức danh của Tiến sĩ Stemper được liệt kê là giáo sư kỹ thuật y sinh học tại Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí tại Đại học Marquette và Đại học Wisconsin. Chức danh đúng của ông là giáo sư kỹ thuật y sinh học tại Bộ môn Kỹ thuật Y sinh học tại Đại học Marquette và Viện Y học Wisconsin.