我2007年，内科医生、一家生产伤口敷料公司的创始人戴维·史密斯（David Smith）在马里兰州的一次医疗会议上作了演讲。随后，一名观众对越来越多的美国士兵因爆炸而造成脑外伤的报道感到担忧，他提到了啄木鸟。如果有人能弄清楚啄木鸟是怎么做到的，它们每天数千次地把嘴撞到树上，产生的力量远远超过大多数人在撞车事故中遇到的力量，那么也许我们可以更好地保护士兵。
这个问题让史密斯自己晕头转向。史密斯说：“我立刻意识到这是一件被严重忽视的事情。”。大自然中到处都是动物，它们经常在大脑上产生巨大的力量，但没有明显的损伤。其中包括大角羊；相互撞击的鲸鱼；还有以每秒500英尺的速度头朝下潜入水中的鸟。这些动物是如何避免脑损伤的？
鸟类的DICK BUTKUS：啄木鸟由于其独特的解剖结构，可能不会像传说中的后卫那样撞击头部，从而损伤大脑。环球影业集团/Getty史密斯知道，动物的秘密不仅仅适用于士兵。有报道称，一种类似痴呆症的综合征折磨着前足球运动员，称为慢性创伤性脑病。科学家们认为，这种情况不一定是由全面的脑震荡引起的，这种震荡会使人昏迷，但会在很长一段时间内反复轻击。
问题是人头并不是“设计”来承受反复撞击的。大脑漂浮在从颅骨中取出的液体中。但因为它的密度与周围的液体不一样，甚至大脑中的不同组织密度也不一样——当你与另一名球员碰撞时，大脑会穿过周围的液体，撞击颅骨并使其变形。这种晃动，或一些人称之为“嘎嘎声”，会压缩和剪切神经元，使其受伤。也可能发生所谓的气穴现象：由于流体压力的快速变化而形成气泡。换言之，当你在足球场上被击中时，你的部分大脑可能会像刚打开的一罐苏打水一样嘶嘶作响。
史密斯的背景兼容并包：他有医学博士学位、数学技能和化学学位。他的公司的伤疤产品通过保持伤口处的水分来加速愈合。他也喜欢足球。他在高中时玩过，游泳很有竞争力。因此，他深入研究啄木鸟生理学的文献，试图了解啄木鸟类是如何自我保护的。
他立即专注于啄木鸟生理上的一个不寻常的特征：它的长舌头，包裹在头骨的下面、上面和后面。靠在动物颈静脉上的肌肉可以移动舌头。因此，理论上，啄木鸟可以利用它的舌骨肌收缩这些静脉，减少颅骨的血液流出。史密斯想，这是啄木鸟的秘密。它很可能用长舌骨肌紧握颈静脉，通过给大脑充血来防止大脑晃动。
史密斯想知道他如何在人身上复制这一点。一种可能性是提高二氧化碳含量。我们生产CO2在正常的细胞过程中，当我们呼气时将其排出。但是如果血液CO2过高，表明氧环境较差，流向大脑的血流量增加，以确保至关重要的器官有足够的氧气。这意味着一种使大脑膨胀的方法是增加血液中的CO2.
当你在足球场上被击中时，你的大脑可能会像刚打开的一罐苏打水一样嘶嘶作响。
事实上，史密斯怀疑啄木鸟和许多其他鸟类也会这样做，它们可能会故意升高血液中的CO2鸟类有一个独特的呼吸系统，除了肺部外，其特征是遍布全身的气囊。这些囊是通过鸟的空心“气动”骨骼连接的。史密斯认为，也许这种扩展的呼吸系统允许一些鸟类“重新呼吸”，重新吸入排出的一氧化碳2-根据需要增加二氧化碳，增加大脑的血容量，并在鸟类生命的多次碰撞中保护大脑。
史密斯需要证据证明这可能适用于人。因此，他与辛辛那提儿童医院医疗中心运动医学研究主任格雷戈里·迈尔（Gregory Myer）合作。（今天史密斯是该中心的访问研究科学家。）2这个假设提供了一个预测。高海拔改变了血液中二氧化碳与氧气的比例，导致大脑轻微肿胀。（在真正的高海拔地区，肿胀会导致晕眩和高原呕吐。）这种由海拔引起的轻度“水肿”会保护人们免受头部损伤吗？
迈尔和他的同事查看了全国各地NFL比赛的数据库。他们发现，在644英尺以上玩的游戏报告的脑震荡比在低海拔玩的游戏少30%。空气越稀薄，身体对氧气释放越低的适应性反应可能会保护球员的大脑。
史密斯有一种让科学家接受他的想法的诀窍，即使乍一看，他们不确定他是疯了还是天才。最终，另一位名叫约瑟夫·费舍尔的研究科学家发明了一种更实用的模仿啄木鸟的方法。费舍尔是多伦多大学的教授，他研究血液中气体的扩散，尤其是二氧化碳。他同意在晚餐时聆听拖着一只被甲醛浸泡过的啄木鸟史密斯的声音。费舍尔说：“他没有数据，但他有很好的洞察力。”。
不过，费舍尔认为史密斯最初的做法并不正确。他想提高人们的CO2人工诱导轻微的脑肿胀，并以此方式防止创伤。但是高血CO2费舍尔想，这会让人感到很不舒服，让人觉得自己窒息，喘不过气来。
费舍尔是一名受过训练的麻醉师，他认为第二种方法更有意义，一种更符合啄木鸟的舌骨液。他从个人经验中知道，只要在一个人的脖子上施加一点压力，大脑就会膨胀。他亲眼目睹了这一切。脑外科医生有时会抱怨手术过程中大脑肿胀，所以他们派费舍尔去看看是什么在压迫患者的脖子。（问题可能是患者的头部轻微转动，对颈静脉施加压力。）
所以忘了CO2费舍尔想。你所需要的只是轻轻按压颈部。费舍尔在一家电子商店买了一副耳机，把金属带稍微弯了弯，放在脖子上，垫子贴在颈静脉上。他感到脸涨红了。作为一名狂热的自行车手，费舍尔在接下来的两年里会在骑自行车时戴上这件紧身衣领。
“我们的大脑已经有了一个头盔，它被称为头骨。为什么要在头骨上再放一个贝壳？”
并非所有人都同意史密斯的基本科学前提。加利福尼亚州克莱蒙特雷蒙德·M·阿尔夫古生物博物馆的科学家安德鲁·法克（Andrew Farke）研究了砍头动物，他说，没有人研究过啄木鸟和公羊是否真的会在不伤害大脑的情况下撞击头部的问题。他指出，人们普遍认为这些动物在一生的头部捣碎过程中没有问题，但这并没有得到证实。也许啄木鸟或公羊在野外的寿命不够长，无法患上像CTE这样的退行性疾病。“他们没有遭受任何不良后果的刻板印象可能是应该评估的，”他说。
关于CO2假设。史密斯认为，大角羊以每小时40英里的速度相互撞击，产生高达500克的力量，通过它们的空心角“重新呼吸”，提高了血液中的CO含量2增加头部的血容量，在可怕的碰撞中保护大脑。但法克说，这些动物的中空角几乎不可能通过呼吸。他说，这些凹陷的目的是在撞击区域和大脑之间建立距离。角本身有助于分散力。Farke说，它们被角蛋白一样的物质包裹，在碰撞中会轻微弯曲，“就像汽车上的褶皱区”。
法克补充说，啄木鸟独特的缠绕舌头可以压住它们的颈静脉。但这些鸟也有许多其他的适应能力，包括喙和身体的减震区域。法克说：“很少有一颗魔法子弹。”。“就像几乎所有的事情一样，这是一系列的适应。”
然而，伊利诺伊州埃文斯顿市北岸大学卫生系统神经外科系主任、脑震荡专家朱利安·贝利斯（Julian Bailes）进行的一项啮齿动物研究的结果震惊了所有人。与没有佩戴项圈状装置的老鼠相比，在头部受到撞击时，在脖子上佩戴项圈式装置的老鼠大脑损伤减少了83%。“我目瞪口呆，”费舍尔说到结果。“我会很高兴有10%的进步。”
头上一阵鲜血：在一次现场测试中，高中足球运动员佩戴了一条实验性的颈带，可以挤压静脉，将血液输送到头部，并可以防止破坏性的脑溢漏。圣泽维尔高中足球头盔最初是为了防止颅骨骨折而设计的，它们做得相当好。但为了阻止移动里面颅骨、头盔将大大减缓撞击时间。一顶能够完成这项壮举的头盔可能看起来像一个巨大、蓬松的棉花糖-unwieldy，而且可能不符合人体工程学。例如，迈尔认为，无论头盔设计得多么好，都不太可能在足球等运动中阻止CTE。“我们的大脑已经有了一个头盔，它被称为头骨，”他说。“为什么要在头骨上再加一个外壳？你只是在增加质量。”
史密斯聘请了一家名为Q30 Innovations的运动服公司设计一款供人使用的衣领。他们发明的设备是由轻而有弹性的金属制成，表面涂有塑料聚合物。它是C型的，从脖子后面滑过去，不动气管。项圈使大脑中的血液增加约一茶匙。这相当于当你躺下时，你头上的多余血液。或者当你打哈欠的时候。史密斯说：“看在上帝的份上，如果你认为这是危险的生理学，就不要打哈欠。”。
为了测试人的项圈，科学家们不能很好地故意反复敲打人的头部。于是迈尔转向了辛辛那提的两支高中足球队。球员们同意在他们的头盔中放置一系列传感器，让科学家在比赛结束后查看球员们经历了多少次碰撞，以及碰撞力是多少。在一场比赛中，圣泽维尔高中225磅重的中后卫伊利亚·佩恩打出了31支安打，其中一些是重力的20倍。
佩恩说，领子需要一些时间才能适应，尤其是在炎热的天气下，需要进行密集训练。他能感觉到脖子上的压力。有一次，当他在跑短跑时，他几乎把它脱掉了。“如果我说它不难，那我就是在撒谎，”他说。但佩恩坚持了下来，随着时间的推移，他根本没有注意到领子。到赛季末，它已经成为了另一种足球装备。
在赛季前后，佩恩和他的同学进行了一种称为弥散张量成像的脑部扫描，该扫描测量表明大脑受损的变化。到赛季结束时，每个球员平均都经历了800次头部撞击，撞击超过20克。当迈尔比较前后的扫描结果时，他注意到那些没有佩戴项圈的孩子的大脑发生了变化。另一方面，戴过项圈的孩子看到的变化少得多。他们的大脑并没有遭受同样的痛苦。曲棍球运动员也有同样的发现。对啄木鸟有效的东西似乎对人类有效。颅骨中多余的一点血液足以包裹大脑，减少损伤。
这些研究有一些不足之处。迈尔说：“没有安慰剂组，也没有球员戴着什么都不做的项圈，这在这类研究中是很难做到的。”。没有人知道，通过弥散张量成像测量，颈圈焊接组的损伤减少是否会导致以后发生CTE的风险降低。到目前为止，CTE只能在死亡后诊断。
尽管如此，几年前一个人对啄木鸟的痴迷可能很快就会产生一种商业产品，通过轻轻挤压你的脖子来保护你的大脑。Q30 Innovations和另一家公司Performance Sports Group正试图获得FDA的批准，将项圈作为医疗设备销售。史密斯现年57岁，拥有项圈专利，他即将离开医学界，专注于一系列研究，该研究始于对啄木鸟生理学的痴迷探索。“我真的很担心足球的未来，”他说。“事实上我再也不会了。我认为我们可以预防CTE。”
莫伊斯·贝拉斯奎兹·马诺夫（Moises Velasquez-Manoff）是一名记者，著有缺席的流行：理解变态反应和自身免疫疾病的新方法。
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