Математически модел на съня
Въпреки всички постижения на съвременната медицина, учените признават, че нашето разбиране за съня е в най-добрия случай ограничено.
Отговори на основни въпроси като „защо не мога да заспя?“ или „защо изобщо трябва да спя?“ остават неизвестни.
В опит да разберат по-добре цикъла сън-буд, изследователите от Политехническия институт Rensselaer се обръщат към математиката, а не към традиционните сканирания на мозъка и изследванията на съня.
Професорът по математика Марк Холмс и неговата студентка Лиза Роджърс разработиха компютърен модел, който може лесно да се манипулира от други учени и лекари, за да се предскаже как промените в околната среда, медицината или физиката ще повлияят на съня на човека.
Техният модел също така ще даде улики за най-основната динамика на цикъла сън-будност.
„Искахме да създадем много интердисциплинарен инструмент за разбиране на цикъла сън-събуждане“, каза Холмс.
„Базирахме модела върху най-добрите и най-новите биологични открития, разработени от невробиолозите за различните фази на цикъла, и изградихме нашите математически уравнения от тази основа. Това създаде модел, който е математически и биологично точен и полезен за различни учени.
„Това също е важен пример за това как приложната математика може да се използва за решаване на реални проблеми в науката и медицината“, продължи Холмс.
За да създадат модела, изследователите буквално запретнаха ръкави и заведоха в лабораторията, преди да сложат молив върху хартия върху математическите уравнения. Роджърс прекара миналото лято с невробиолози в медицинското училище в Харвард, за да научи за биологията на мозъка. Тя изследва ролята на специфични невротрансмитери в мозъка в различни точки от цикъла сън-будност.
Работата научи Роджърс как да чете данни за ЕЕГ (електроенцефалография) и ЕМГ (електромиография) за мозъчните вълни и мускулната активност, които се появяват по време на цикъла на съня. Тези биологични данни ще формират основата на техните математически изчисления.
Тази изследователска фондация позволи на екипа да разработи масивен модел от 11 уравнения на цикъла сън-будност. Сега работят по въвеждането на тези диференциални уравнения в лесен за използване графичен компютърен модел, който биолозите и лекарите да изучават.
„Разработихме модел, който може да послужи на други изследователи като еталон за идеалния, здравословен цикъл сън-събуждане“, каза Холмс.
„Учените ще могат да вземат този идеален модел и да предскажат как различни смущения като кофеин или изоставане в струята ще повлияят на този идеален цикъл. Това е много неинвазивен начин за изследване на мозъка и съня, който ще даде важни улики за това как да се преодолеят тези смущения и ще позволи на пациентите да имат по-добър и по-необезпокояван сън. "
Източник: Rensselaer Polytechnic Institute
