Acrylamide polymerized in buffer solutions forms a stable, flexible, transparent gel which is useful in zone electrophoresis.

Abstract Finite element (FE) models of the human head are valuable instruments to explore the mechanobiological pathway from external loading, localized brain response, and resultant injury risks. The injury predictability of these models depends on the use of effective criteria as injury predictors. The FE-derived normal deformation along white matter (WM) fiber tracts (i.e., tract-oriented strain) has recently been suggested as an appropriate predictor for axonal injury. However, the tract-oriented strain only represents a partial depiction of the WM fiber tract deformation. A comprehensive delineation of tract-related deformation may improve the injury predictability of the FE head model by delivering new tract-related criteria as injury predictors. Thus, the present study performed a theoretical strain analysis to comprehensively characterize the WM fiber tract deformation by relating the strain tensor of the WM element to its embedded fiber tract. Three new tract-related strains with exact analytical solutions were proposed, measuring the normal deformation perpendicular to the fiber tracts (i.e., tract-perpendicular strain), and shear deformation along and perpendicular to the fiber tracts (i.e., axial-shear strain and lateral-shear strain, respectively). The injury predictability of these three newly-proposed strain peaks along with the previously-used tract-oriented strain peak and maximum principal strain (MPS) were evaluated by simulating 151 impacts with known outcome (concussion or non-concussion). The results preliminarily showed that four tract-related strain peaks exhibited superior performance than MPS in discriminating concussion and non-concussion cases. This study presents a comprehensive quantification of WM tract-related deformation and advocates the use of orientation-dependent strains as criteria for injury prediction, which may ultimately contribute to an advanced mechanobiological understanding and enhanced computational predictability of brain injury.

Abstract Hippocampal injury is common in traumatic brain injury (TBI) patients, but the underlying pathogenesis remains elusive. In this study, we hypothesize that the presence of the adjacent fluid-containing temporal horn exacerbates the biomechanical vulnerability of the hippocampus. Two finite element models of the human head were used to investigate this hypothesis, one with and one without the temporal horn, and both including a detailed hippocampal subfield delineation. A fluid-structure interaction coupling approach was used to simulate the brain-ventricle interface, in which the intraventricular cerebrospinal fluid was represented by an arbitrary Lagrangian-Eulerian multi-material formation to account for its fluid behavior. By comparing the response of these two models under identical loadings, the model that included the temporal horn predicted increased magnitudes of strain and strain rate in the hippocampus with respect to its counterpart without the temporal horn. This specifically affected cornu ammonis (CA) 1 (CA1), CA2/3, hippocampal tail, subiculum, and the adjacent amygdala and ventral diencephalon. These computational results suggest that the presence of the temporal horn exacerbate the vulnerability of the hippocampus, highlighting the mechanobiological dependency of the hippocampus on the temporal horn.