Matematický model spánku

Přes všechny pokroky moderní medicíny vědci uznávají, že naše chápání spánku je přinejlepším omezené.

Odpovědi na základní otázky, například „proč nemohu usnout?“ nebo „proč vůbec potřebuji spát?“ zůstat neznámý.

Ve snaze lépe porozumět cyklu spánku a bdění se vědci z Rensselaer Polytechnic Institute obracejí spíše k matematice než k tradičním skenům mozku a spánkovým studiím.

Profesor matematiky Mark Holmes a jeho postgraduální studentka Lisa Rogers vyvinuli počítačový model, s nímž mohou ostatní vědci a lékaři snadno manipulovat, aby mohli předpovědět, jak změny prostředí, lékařské nebo fyzické změny ovlivní spánek člověka.

Jejich model také poskytne vodítka k nejzákladnější dynamice cyklu spánku-bdění.

"Chtěli jsme vytvořit velmi interdisciplinární nástroj k pochopení cyklu spánku a bdění," řekl Holmes.

"Model jsme založili na nejlepších a nejnovějších biologických nálezech vyvinutých neurobiology na různých fázích cyklu a z tohoto základu jsme postavili naše matematické rovnice." Tak vznikl model, který je matematicky i biologicky přesný a užitečný pro řadu vědců.

"Toto je také důležitý příklad toho, jak lze aplikovanou matematiku použít k řešení skutečných problémů ve vědě a medicíně," pokračoval Holmes.

K vytvoření modelu si vědci doslova vyhrnuli rukávy a odnesli do laboratoře, než na matematické rovnice přiložili tužku. Rogers strávil loni v létě u neurobiologů na Harvardské lékařské fakultě, aby se dozvěděl o biologii mozku. Zkoumala roli specifických neurotransmiterů v mozku v různých bodech cyklu spánku-bdění.

Práce učila Rogerse, jak číst údaje EEG (elektroencefalografie) a EMG (elektromyografie) o mozkových vlnách a svalové aktivitě, ke kterým dochází během spánkového cyklu. Tato biologická data by tvořila základ jejich matematických výpočtů.

Tento výzkumný základ umožnil týmu vyvinout masivní model 11 rovnic cyklu spánku-bdění. Nyní pracují na vstupu těchto diferenciálních rovnic do snadno použitelného grafického počítačového modelu pro studium biologů a lékařů.

"Vyvinuli jsme model, který může sloužit dalším vědcům jako měřítko ideálního zdravého cyklu spánku a bdění," řekl Holmes.

"Vědci budou moci vzít tento ideální model a předpovědět, jak různé poruchy, jako je kofein nebo jet lag, ovlivní tento ideální cyklus." Jedná se o velmi neinvazivní způsob studia mozku a spánku, který poskytne důležité informace o tom, jak tyto poruchy překonat a umožnit pacientům lepší a nerušenější spánek. “

Zdroj: Rensselaer Polytechnic Institute