Matematični model spanja
Kljub vsemu napredku sodobne medicine znanstveniki priznavajo, da je naše razumevanje spanja v najboljšem primeru omejeno.
Odgovori na osnovna vprašanja, na primer "zakaj ne morem zaspati?" ali "zakaj sploh moram spati?" ostajajo neznani.
Da bi bolje razumeli cikel spanja in budnosti, se raziskovalci na Politehničnem inštitutu Rensselaer obračajo na matematiko in ne na tradicionalne preglede možganov in študije spanja.
Profesor matematike Mark Holmes in njegova podiplomska študentka Lisa Rogers sta razvila računalniški model, s katerim lahko drugi znanstveniki in zdravniki zlahka manipulirajo, da bi napovedali, kako bodo okoljske, zdravstvene ali fizične spremembe vplivale na človekovo spanje.
Njihov model bo zagotovil tudi namige o najosnovnejši dinamiki cikla spanja in budnosti.
"Želeli smo ustvariti zelo interdisciplinarno orodje za razumevanje cikla spanja in budnosti," je dejal Holmes.
»Model smo zasnovali na najboljših in najnovejših bioloških ugotovitvah, ki so jih razvili nevrobiologi v različnih fazah cikla, in iz tega temeljili naše matematične enačbe. To je ustvarilo model, ki je matematično in biološko natančen in uporaben za različne znanstvenike.
"To je tudi pomemben primer, kako lahko uporabno matematiko uporabimo za reševanje resničnih vprašanj v znanosti in medicini," je nadaljeval Holmes.
Da bi ustvarili model, so raziskovalci dobesedno zavihali rokave in se odpravili v laboratorij, preden so na matematične enačbe položili svinčnik na papir. Rogers je lansko poletje preživel z nevrobiologi na Harvardski medicinski šoli, da bi izvedel več o biologiji možganov. Raziskovala je vlogo določenih nevrotransmiterjev v možganih na različnih točkah cikla spanja in budnosti.
Delo je Rogersa naučilo, kako brati podatke EEG (elektroencefalografija) in EMG (elektromiografija) o možganskih valovih in mišični aktivnosti, ki se pojavi med ciklom spanja. Ti biološki podatki bi bili temelj njihovih matematičnih izračunov.
Ta raziskovalna podlaga je ekipi omogočila, da je razvila obsežen 11-enačbeni model cikla spanja in budnosti. Zdaj si prizadevajo vnesti te diferencialne enačbe v enostaven grafični računalniški model, ki ga lahko preučujejo biologi in zdravniki.
"Razvili smo model, ki lahko drugim raziskovalcem služi kot merilo idealnega, zdravega cikla spanja in budnosti," je dejal Holmes.
»Znanstveniki bodo lahko uporabili ta idealni model in napovedovali, kako bodo različne motnje, kot sta kofein ali zaostajanje curka, vplivale na ta idealni cikel. To je zelo neinvaziven način preučevanja možganov in spanja, ki bo dal pomembne napotke, kako te motnje premagati in bolnikom omogočiti boljši in bolj nemoten spanec. "
Vir: Politehnični inštitut Rensselaer
