Le mannequin, assis sur une chaise, bascule en arrière — sa tête heurte le sol. À l'intérieur de la tête, dans trois boîtes de Pétri, vivent des cellules nerveuses humaines. Elles ressentent le choc comme le ferait un vrai cerveau lors d'une chute.
L'expérience est simple : on laisse tomber le mannequin depuis une position assise selon des angles de 30, 60 et 90 degrés. Six capteurs d'accélération — trois sur la surface de la tête, trois à l'intérieur près des cellules — enregistrent l'intensité de la secousse. Lors de la chute à angle droit, la tête subit une surcharge allant jusqu'à 258g — comme si, pendant un instant, un poids 258 fois plus lourd que le sien s'abattait sur elle. La tête se déforme de près d'un centimètre.
Les cellules répondent au choc par un stress. Leur niveau de stress oxydatif augmente — c'est lorsque des molécules agressives s'accumulent dans la cellule et endommagent ses mécanismes. Lors de l'impact à 90 degrés, le stress est deux fois plus élevé que celui des cellules non perturbées. Une partie des cellules meurt, et leur répartition dans la boîte est inégale : les dommages se concentrent en foyers distincts, comme si le coup avait frappé des points précis.
La même expérience est répétée dans un modèle informatique. Il s'avère que ce qui influence le plus l'accélération de la tête, c'est la rigidité de la surface contre laquelle elle heurte. Un sol mou — impact moindre ; un sol dur — impact plus fort. Cela signifie que les revêtements de protection et les amortisseurs peuvent réduire les dommages cellulaires lors d'une chute.
Cette approche — un capteur cellulaire vivant dans un mannequin — relie pour la première fois la mécanique de l'impact à la réponse biologique. À l'avenir, elle permettra de mieux évaluer le risque de commotion cérébrale et de développer des protections pour les sportifs, les ouvriers du bâtiment et les personnes âgées.
Les cellules nerveuses SH-SY5Y utilisées dans l'expérience proviennent d'une tumeur de neuroblastome humain et sont largement utilisées comme modèle de neurones en laboratoire.