在伊拉克擔任戰鬥工程師期間，傑里米的任務是尋找路邊炸彈。結果炸彈卻找到了他。在彼此相隔 72 小時內，兩枚簡易爆炸裝置（IED）在他這位 20 多歲的父親 15 英尺範圍內爆炸。第一波衝擊波，即爆炸產生的高壓空氣移動牆，短暫地將他擊昏。第二次爆炸讓他昏昏沉沉約 30 分鐘，併產生耳鳴，一週內消失。這些爆炸沒有對傑里米（不是他的真名）造成明顯的傷害——但他再也不一樣了。
在伊拉克服役結束後，傑里米對他的配偶和孩子變得更加易怒。在他擔任一家全國性公司經理的工作中，當顧客態度生硬或業務繁忙時，他會感到非常沮喪。傑里米的記憶力也衰退了，他不得不使用每日計劃本來提醒自己即使是最基本的任務。他還患有使人喪失能力的頭痛、驚恐或困惑、情緒波動以及感官錯覺，例如金屬味或耳鳴。神經心理學測試顯示，傑里米在心理處理、注意力和短期語言記憶方面存在真正的缺陷。
傑里米被診斷出患有“輕度”創傷性腦損傷（TBI），即頭部創傷僅導致短暫的意識喪失或精神或感官功能的短暫紊亂。這種創傷根據其直接後果而非長期影響被認為是輕度、中度或重度。因此，一些被診斷為重度 TBI 的患者——例如，因為他們昏迷了四天——最終可以毫無事故地重返工作崗位，而約有 10% 到 15% 的遭受輕度 TBI 的平民患者永遠無法完全從其影響中恢復。
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根據疾病控制和預防中心的資料，美國平民每年遭受 140 萬例 TBI，其中四分之三是輕度的。事實上，輕度 TBI 是美國最常見的神經系統疾病，僅次於頭痛，頭痛類別包括偏頭痛。此外，根據 2008 年蘭德公司的一份報告，多達 32 萬名美國軍人在伊拉克或阿富汗經歷了可能的任何嚴重程度的 TBI。
足以導致 TBI 的爆炸也足以產生情感創傷和精神疾病創傷後應激障礙（PTSD）。因此，許多退伍軍人，包括傑里米，都患有這兩種疾病。特別是，輕度 TBI 和 PTSD 的結合被認為是伊拉克戰爭的標誌性損傷。為了應對這一新出現的問題，美國國會在 2007 年撥款 3 億美元用於調查輕度 TBI 和 PTSD。
與此同時，科學家們已經確定了鈍器外傷（頭部被撞擊）損害大腦的多種方式，包括造成瘀傷、神經細胞拉伸或撕裂以及電訊號錯誤。他們還建立了大腦損傷直接由爆炸釋放的壓力波造成的案例，即使在士兵的頭部沒有撞擊任何固體物體的情況下也是如此。新的知識正在引發對輕度 TBI 治療方法的研究，其中可能包括抗癲癇藥物和各種形式的心理療法。
鈍力
到目前為止，普通生活中最常見的腦外傷型別是閉合性頭部損傷——即沒有子彈、刀或其他物體實際穿透——是由車禍、跌倒、體育活動、襲擊或其他事故或追逐中頭部撞擊表面造成的。內科醫生克勞迪婭·奧斯本，現任密歇根州立大學骨科醫學院醫師，在一次腳踏車事故中遭受了輕度 TBI，這永久性地削弱了她執業醫學和應對日常生活的能力。她在《Over My Head: A Doctor’s Own Story of Head Injury from the Inside Looking Out》（Andrews McMeel Publishing，1998 年）一書中描述了她克服殘疾的鬥爭。
美國每年約有 30 萬例輕度 TBI（也稱為腦震盪）是由體育運動引起的。前職業摔跤手和哈佛大學防守截鋒克里斯·諾溫斯基在頭部受到撞擊後多次被擊倒、看到重影和迷失方向。大多數時候他都堅持比賽，但在六次腦震盪後，諾溫斯基不得不停止職業摔跤。反覆的腦震盪也結束了許多職業橄欖球運動員的職業生涯。長期後果包括痴呆和癲癇風險增加。
我們的大腦被包裹在骨質頭骨和稱為腦膜的三層膜中。此外，大腦漂浮在一種叫做腦脊液（CSF）的透明液體中，這為抵抗鈍器外傷對頭骨的影響提供了一定的緩衝。這些保護層可以防止輕微跌倒或被木棍和小石頭擊中頭部造成的損傷——這些是人類進化史上通常經歷的損傷型別。但由於大腦的生物屏障沒有時間來響應近期技術進步帶來的選擇壓力，它們對路邊炸彈或高速撞擊電線杆產生的衝擊波幾乎沒有保護作用。即使是拳擊、橄欖球和摔跤等接觸性運動或從騎馬或滑雪中跌落造成的撞擊也可能造成嚴重的腦損傷。
腦震盪通常是由頭部受到撞擊或頭部撞擊堅硬表面或被搖晃或旋轉引起的。為了應對這些力量，大腦可能會撞擊頭骨，爆裂血管並擦傷腦組織。有時，撞擊會導致大腦從頭骨的一側彈開，然後再彈回另一側，從而產生對沖傷，其中大腦在撞擊部位和另一側都受到損傷。這種型別的損傷也可能在沒有鈍器外傷的情況下發生，例如，當士兵的頭部被 IED 爆炸非常迅速地移位一小段距離時。
當大腦結構相對於彼此和頭骨移動時，組織可能會拉伸甚至剪下。特別是，這種力會拉伸神經軸突，即從主要細胞體延伸出來並在神經元之間傳遞資訊的細長纖維。軸突通常具有彈性，但當快速拉長時，它們會變得脆弱和虛弱。通常軸突會膨脹和撕裂，導致神經元死亡。
這種細胞崩解還會導致神經元釋放有毒水平的神經遞質（化學信使），從而損害其他神經元。這個過程會引發軸突的進一步退化以及遍佈大腦半球的細胞凋亡或程式性細胞死亡。這種瀰漫性軸突損傷可能是輕度 TBI 受害者經歷的許多持續性認知問題的根本原因。此外，機械力還會引發其他有問題的化學級聯反應，這些反應可能導致潛伏性症狀，這些症狀可能在最初的襲擊發生幾天後才會出現。
腦震盪可能會改變神經細胞的放電模式。受創傷損害的神經元可能會變得電子不穩定，從而在小腦區域內引起一種神經元靜電，儘管這種靜電太小而無法在腦電圖（EEG）上顯示出來，但可能會產生錯覺、記憶空白和情緒波動。
儘管輕度 TBI 受害者很少表現出傳統的癲癇，但他們的許多症狀都類似於一種稱為單純部分性發作的癲癇綜合徵，其中大腦受限部分細胞電活動異常爆發會在人意識清醒時產生短暫的運動、感覺甚至認知或情感上的怪異現象。（怪異的型別——經歷記憶空白、聽到想象中的聲音或感到一陣焦慮——取決於受影響的大腦部位。）
腦震盪患者的抱怨通常比單純部分性發作患者的抱怨範圍更廣。在這方面，他們甚至可能更像被診斷為癲癇譜系障礙的人，其特徵是各種感覺、認知和情感症狀，類似於傑里米經歷的症狀。
炮彈休克
除了鈍器外傷外，戰場上計程車兵可能會因穿透性導彈（如子彈和彈片）而遭受腦損傷——這是過去戰爭（如越南戰爭）中的主要腦損傷——以及 IED、炸彈、迫擊炮等產生的衝擊波。在伊拉克和阿富汗戰爭的退伍軍人中，衝擊波腦損傷的出現數量創紀錄。成百上千的美國士兵帶著類似於傑里米的症狀從伊拉克返回。
這種與爆炸相關的問題在這些戰爭中並不是新鮮事。早在第一次世界大戰期間，士兵們就報告說，在爆炸發生後出現精神症狀以及感覺和認知障礙，這些爆炸沒有造成外部可見的損傷。英國陸軍醫生弗雷德·莫特將大多數此類“炮彈休克”病例歸因於精神創傷或情緒困擾。其他醫生認為，這種情況是由大腦的器質性損傷引起的，他們引用了腦電圖上的變化，類似於閉合性頭部損傷所見的變化。
但在 20 世紀 90 年代之前，沒有人認真跟進腦損傷理論，當時神經科醫生伊博爾亞·切爾納克（現任約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室）在她於巴爾幹戰爭期間在貝爾格萊德軍事醫院的醫療實踐中注意到爆炸暴露的影響。切爾納克反覆觀察到士兵出現記憶力衰退、頭暈和言語問題——明顯的腦損傷跡象——他們從未經歷過任何直接的鈍器外傷。在腦成像研究中，切爾納克看到了損傷的跡象：出血或腦室擴大（大腦中充滿 CSF 的空間）。
從那時起，切爾納克和其他人的研究暗示，爆炸性腦震盪可能確實會直接導致腦損傷，而不僅僅是透過心理創傷。例如，1998 年，當時在明尼阿波利斯退伍軍人事務醫療中心的精神科醫生大衛·特魯多及其同事報告說，在 43 名被診斷患有 PTSD 的戰爭退伍軍人中，有 27 名曾被附近爆炸短暫擊倒或擊昏，他們表現出異常的腦活動，這是透過定量腦電圖評估的。他們的定量腦電圖模式與 16 名沒有輕度 TBI 病史的 PTSD 患者的模式不同。此外，88% 經歷過腦震盪爆炸的退伍軍人與 60% 的對照組相比，在注意力和衝動性方面存在重大問題，這表明爆炸除了壓力之外還有其他影響。
切爾納克在 1999 年對 1300 名下半身受傷但頭部未受傷的患者進行的研究中報告了類似的發現。她發現，在爆炸中受傷的人中，一年後有 30% 的人表現出異常的腦活動，而受到彈丸傷害的患者中只有 4% 的人表現出異常的腦活動。
但是，路邊爆炸如何影響大腦呢？當然，腦損傷可能是由與爆炸相關的鈍器外傷引起的。一個人可能會被爆炸產生的物體擊中頭部——例如彈片或周圍建築物的碎片。同樣，一個人可能會被炸出車輛或撞到某些固體結構上，從而遭受類似於頭部撞擊汽車擋風玻璃時發生的損傷。
壓力過大
根據沃爾特·裡德陸軍醫療中心的神經科醫生黛博拉·L·沃登和她的兩位同事在 2006 年發表的一篇論文，爆炸產生的快速大氣壓變化也可能導致腦損傷，或者在沒有與固體物體發生任何撞擊的情況下也可能導致腦損傷。
研究人員解釋說，在爆炸過程中，固體或液體幾乎瞬間轉化為氣體。這些氣體暫時佔據與固體或液體相同的體積，因此處於極高的壓力之下。然後，氣體膨脹，壓縮周圍的空氣，形成稱為爆炸超壓的壓力脈衝。隨著氣體繼續在高壓區域後方擴散，它們會產生巨大的壓力降。
腦組織本身的稠度類似於凝固的奶油凍——但奶油凍的密度不同。當衝擊波到達士兵時，高壓和低壓空氣以不同的速率加速密度不同的身體組織。在大腦內部，不同的加速度可能會像鈍器外傷一樣剪下和拉伸軸突。
然而，壓縮波也可能以不同於鈍器外傷的方式引發腦損傷。根據華盛頓醫療集團的神經科醫生 P·史蒂文·馬塞多的說法，衝擊波可能會在腦組織中引起空化或氣泡。這些氣泡隨後可能會破裂，留下孔洞。
然而，切爾納克更傾向於另一種解釋。她推測，衝擊波衝擊身體表面會在主要血管中產生振盪壓力波，類似於暴風雨天氣中開闊水域的漣漪。然後，這些漣漪透過人的軀幹、頸部傳遞到大腦，而大腦對機械擾動極其敏感。因此，這種血液的動能（運動能量）可能會損害神經元，從而可能導致神經功能缺損。切爾納克認為，如果輕度 TBI 中涉及這種間接機制，那麼預防士兵受傷的措施必須擴充套件到更好的頭盔或其他僅保護頭部的措施之外。
無論確切的物理機制是什麼，動物研究都支援了壓縮波本身——在沒有鈍器外傷的情況下——會傷害大腦的觀點。在 2007 年的一項研究中，日本東北大學的研究人員在移除成年雄性大鼠的部分頭骨以暴露其大腦後，將它們暴露於來自實驗性爆炸的不同強度的衝擊波。科學家們發現，高壓衝擊波，即那些強度與近距離爆炸相似的衝擊波，會導致腦挫傷和出血，從而誘導神經元自殺。
較低壓力的波，例如那些可能因輪胎在您臉部附近爆胎而產生的波，可能會扭曲神經元的形狀。作者寫道，研究結果表明，“衝擊波引起腦損傷的閾值可能低於 1 MPa [兆帕]，這比其他器官報告的水平要低。”（1 MPa 約為正常大氣壓的 10 倍。）此外，他們說，這些衝擊波造成的損害類似於其他型別的創傷性腦損傷造成的損害。
除了這些物理力量外，靠近爆炸的心理壓力可能會透過大腦中壓力激素的過度分泌和作用而導致腦損傷或功能障礙。腦損傷通常與 PTSD 併發，與 PTSD 相關的皮質醇等壓力激素水平升高可能會加劇或減緩任何爆炸引起的腦損傷的癒合。事實上，鑑於傑里米表現出明顯的 PTSD 跡象：他會經歷閃回、避免戰爭提醒並且容易受到驚嚇，因此他的症狀可能實際上是由這兩種疾病引起的。
更重要的是，包括哈佛大學神經科醫生邁克爾·P·亞歷山大在內的一些研究人員仍然堅持認為，情緒和精神問題是像傑里米這樣的退伍軍人所經歷的問題的主要原因，即使不是唯一原因。亞歷山大在 1995 年發表在《Neurology》雜誌上的一篇論文中提出，告訴患者他們的大腦受到了傷害可能會透過讓他們認為自己的問題比實際情況更難解決來阻礙他們的康復。
當沃爾特·裡德陸軍研究所的精神科醫生查爾斯·W·霍格和他的同事調查了 2525 名美國陸軍步兵士兵在從伊拉克一年的執勤任務返回後三到四個月的情況時，他們發現 PTSD 與輕度 TBI 密切相關。研究人員在他們 2008 年發表在《新英格蘭醫學雜誌》上的論文中得出結論，PTSD 和抑鬱症——而不是對大腦的物理衝擊——是退伍軍人神經系統抱怨（包括易怒和注意力不集中）的可能原因，因為這些精神疾病已與各種身體健康問題有關聯。
治療創傷
無論爆炸、跌倒、車禍或運動損傷後情緒崩潰與器質性腦損傷的相對作用如何，精神問題和腦損傷都是許多患者醫療方程式的一部分。當患者患有 PTSD 或抑鬱症時，醫生通常會開抗抑鬱藥和心理療法，包括個體和團體諮詢，傑里米都接受了 PTSD 的治療。
特別是，PTSD 患者通常對認知行為療法有反應，在這種療法中，從業者試圖消除扭曲的思維模式並糾正適應不良的行為。一種行為矯正技術是暴露療法，其中諮詢師使用類似於引起創傷性壓力的經歷來幫助患者習慣這些情況，從而減少其情感影響。患者有時可能會透過虛擬現實計算機程式接受此類暴露，這些程式會重現戰區、9/11 襲擊世界貿易中心或其他可怕的場景[請參閱尼古拉斯·韋斯特霍夫的“幻想療法”；大眾科學思維，2007 年 10 月/11 月]。
當患者也可能遭受真正的腦損傷時，他或她的病情通常會隨著一類稱為抗驚厥情緒穩定劑的藥物而改善，其中包括丙戊酸和卡馬西平，最常用於治療經典癲癇和雙相情感障礙。1997 年，當時在波士頓綠地康復中心的神經精神科醫生布魯諾·弗羅布萊夫斯基和他的同事報告說，用丙戊酸治療顯著減少了經歷過鈍器 TBI 的患者的破壞性和攻擊性行為。傑里米服用了同樣的藥物，發現它有助於減少他的記憶力衰退、感官錯覺和情緒波動。
同樣，2000 年，安大略省勞倫森大學的心理學家邁克爾·A·珀辛格報告說，在 14 名在機動車事故中遭受鈍器腦外傷後服用卡馬西平的患者中，有 12 名“經歷了突發性意識模糊和抑鬱症的顯著減少，注意力和注意力增強，並且消除或減少了令人厭惡的感覺存在”（最後一種是外圍視覺中運動的錯覺）。沒有人確定為什麼這些藥物可能有效，因為輕度 TBI 患者很少患有經典癲癇，但也許這些藥物有助於減輕腦損傷可能引起的神經元之間的一些電不穩定。
大腦也會在受傷後嘗試自我修復，科學家們正在努力更多地瞭解這些修復過程，以期用藥物促進這些過程。他們正在開發在 TBI 發生後的最初幾個小時內給藥的治療方法，旨在限制任何持續的損傷[請參閱盧卡斯·勞森的“大腦的管道膠帶”]。一種更具未來感的方法可能涉及植入神經幹細胞，即未成熟的細胞，它們可以產生中樞神經系統中不同型別的成熟細胞，以修復或替換受損的腦組織。
但就目前而言，患者必須依靠抗抑鬱藥、睡眠藥物以及某些情況下的抗驚厥藥來緩解症狀。許多人還接受認知康復，在認知康復中，他們學習使他們能夠規避自身缺陷的策略。例如，當向新認識的人介紹自己時，患者可能會反覆排練他或她的名字或使用視覺影像作為記憶線索。
變得更有條理是另一種對認知能力減弱的人有用的技能。一些技巧包括使用每週藥盒或為錢包和手機等關鍵物品找到一個固定的位置。技術還可以幫助患者管理日常生活。例如，傑里米現在使用 PalmPilot 作為他記憶功能不穩定的電子假體。“智慧”手機和錄音機也可以作為脆弱的人類記憶的備份，使腦損傷患者（更不用說我們其他人）能夠在收到關鍵資訊後立即記錄下來。
有時，患者必須改變他們的生活方式以適應他們功能下降的能力。例如，他們可能不得不避免過於刺激的社交場合，徹底調整工作時間，辭去有風險或壓力大的工作，甚至參加腦損傷患者的住宿計劃。傑里米決定辭去他要求苛刻的管理職位，現在正在面試另一份工作。他希望找到一份工作來幫助像他一樣正在尋找平民生活新職業的退伍軍人。
注：本文最初印刷時的標題為“Impact on the Brain”。