Modelul matematic al somnului

În ciuda tuturor progreselor medicinei moderne, oamenii de știință recunosc că înțelegerea noastră despre somn este limitată în cel mai bun caz.

Răspunsuri la întrebări de bază precum „de ce nu pot să adorm?” sau „de ce trebuie să dorm deloc?” rămân necunoscut.

Într-un efort de a înțelege mai bine ciclul somn-veghe, cercetătorii de la Institutul Politehnic Rensselaer apelează mai degrabă la matematică decât la scanările tradiționale ale creierului și la studiile de somn.

Profesorul de matematică Mark Holmes și studentul său absolvent Lisa Rogers au dezvoltat un model de computer care poate fi ușor manipulat de alți oameni de știință și medici pentru a prezice modul în care modificările de mediu, medicale sau fizice vor afecta somnul unei persoane.

Modelul lor va oferi, de asemenea, indicii pentru dinamica de bază a ciclului somn-veghe.

„Am vrut să creăm un instrument foarte interdisciplinar pentru a înțelege ciclul somn-veghe”, a spus Holmes.

„Am bazat modelul pe cele mai bune și mai recente descoperiri biologice dezvoltate de neurobiologi pe diferitele faze ale ciclului și am construit ecuațiile noastre matematice din acea bază. Acest lucru a creat un model atât matematic cât și biologic precis și util pentru o varietate de oameni de știință.

„Acesta este, de asemenea, un exemplu important al modului în care matematica aplicată poate fi utilizată pentru a rezolva probleme reale în știință și medicină”, a continuat Holmes.

Pentru a crea modelul, cercetătorii și-au suflecat literalmente mânecile și au dus la laborator înainte de a pune creionul pe hârtie pe ecuațiile matematice. Rogers a petrecut vara trecută cu neurobiologii de la Harvard Medical School pentru a afla despre biologia creierului. Ea a investigat rolul neurotransmițătorilor specifici din creier în diferite puncte ale ciclului somn-veghe.

Lucrarea l-a învățat pe Rogers cum să citească datele EEG (electroencefalografie) și EMG (electromiografie) privind undele cerebrale și activitatea musculară care are loc în timpul ciclului de somn. Aceste date biologice ar forma baza calculelor lor matematice.

Această fundație de cercetare a permis echipei să dezvolte un model masiv de 11 ecuații al ciclului somn-veghe. Ei lucrează acum la introducerea acelor ecuații diferențiale într-un model de calculator grafic ușor de utilizat, pe care biologii și medicii să-l studieze.

„Am dezvoltat un model care poate servi altor cercetători ca reper al ciclului ideal somn-veghe ideal”, a spus Holmes.

Oamenii de știință vor fi capabili să ia acest model ideal și să prezică modul în care diferite perturbări, cum ar fi cofeina sau jet lag, vor avea impact asupra ciclului ideal. Acesta este un mod foarte neinvaziv de a studia creierul și somnul, care va oferi indicii importante despre cum să depășească aceste tulburări și să permită pacienților să aibă un somn mai bun și mai neperturbat. ”

Sursa: Institutul Politehnic Rensselaer