Математична модель сну

Незважаючи на всі досягнення сучасної медицини, вчені визнають, що наше розуміння сну в кращому випадку обмежене.

Відповіді на основні запитання, наприклад "чому я не можу заснути?" або "для чого мені взагалі потрібно спати?" залишаються невідомими.

Намагаючись краще зрозуміти цикл сну і неспання, дослідники з Політехнічного інституту Ренсселера звертаються до математики, а не до традиційних сканувань мозку та досліджень сну.

Професор математики Марк Холмс та його аспірантка Ліза Роджерс розробили комп'ютерну модель, якою інші вчені та лікарі можуть легко керувати, щоб передбачити, як екологічні, медичні та фізичні зміни вплинуть на сон людини.

Їхня модель також дасть підказки про найосновнішу динаміку циклу сон-неспання.

"Ми хотіли створити дуже міждисциплінарний інструмент для розуміння циклу сну і неспання", - сказав Холмс.

«Ми базували модель на найкращих та останніх біологічних висновках, розроблених нейробіологами на різних фазах циклу, і побудували наші математичні рівняння на цій основі. Це створило модель, яка є математично та біологічно точною та корисною для різних вчених.

"Це також важливий приклад того, як прикладна математика може бути використана для вирішення реальних проблем науки та медицини", - продовжив Холмс.

Щоб створити модель, дослідники буквально закатали рукави і відвезли до лабораторії, перш ніж покласти олівець на папір математичних рівнянь. Минуле літо Роджерс провів з нейробіологами в Гарвардській медичній школі, щоб дізнатись про біологію мозку. Вона досліджувала роль специфічних нейромедіаторів у мозку в різні моменти циклу сон-неспання.

Робота навчила Роджерса читати дані ЕЕГ (електроенцефалографія) та ЕМГ (електроміографія) про мозкові хвилі та м’язову активність, що відбувається під час циклу сну. Ці біологічні дані лягли б в основу їх математичних розрахунків.

Цей дослідницький фундамент дозволив команді розробити масивну модель 11 рівнянь циклу сну і неспання. Зараз вони працюють над введенням цих диференціальних рівнянь в просту у використанні графічну комп’ютерну модель для вивчення біологами та лікарями.

"Ми розробили модель, яка може служити іншим дослідникам еталоном ідеального, здорового циклу сну і неспання", - сказав Холмс.

«Вчені зможуть взяти цю ідеальну модель і передбачити, як різні порушення, такі як кофеїн або реактивне відставання, вплинуть на цей ідеальний цикл. Це дуже неінвазивний спосіб вивчення мозку та сну, який дасть важливі підказки щодо подолання цих порушень і дозволить пацієнтам мати кращий та більш непорушений сон ".

Джерело: Rensselaer Polytechnic Institute