Matematinis miego modelis

Nepaisant visų šiuolaikinės medicinos pažangos, mokslininkai pripažįsta, kad mūsų supratimas apie miegą geriausiu atveju yra ribotas.

Atsakymai į pagrindinius klausimus, pavyzdžiui, „kodėl aš negaliu užmigti?“ arba „kam man išvis reikia miegoti?“ lieka nežinoma.

Siekdami geriau suprasti miego ir pabudimo ciklą, Rensselaerio politechnikos instituto mokslininkai kreipiasi į matematiką, o ne į tradicinius smegenų tyrimus ir miego tyrimus.

Matematikos profesorius Markas Holmesas ir jo magistrantė Lisa Rogers sukūrė kompiuterinį modelį, kurį kiti mokslininkai ir gydytojai gali lengvai valdyti, norėdami numatyti, kaip aplinkos, medicininiai ar fiziniai pokyčiai paveiks žmogaus miegą.

Jų modelis taip pat pateiks pagrindinę miego ir pabudimo ciklo dinamiką.

"Mes norėjome sukurti labai tarpdisciplininę priemonę, kad suprastume miego ir budėjimo ciklą", - sakė Holmesas.

„Mes grindėme modelį geriausiais ir naujausiais neurobiologų sukurtais biologiniais atradimais įvairiose ciklo fazėse ir iš to pamato sukūrėme savo matematines lygtis. Tai sukūrė modelį, kuris yra tiek matematiškai, tiek biologiškai tikslus ir naudingas įvairiems mokslininkams.

„Tai taip pat svarbus pavyzdys, kaip taikomąją matematiką galima panaudoti sprendžiant realius mokslo ir medicinos klausimus“, - tęsė Holmesas.

Norėdami sukurti modelį, mokslininkai tiesiogine prasme pasiraitojo rankoves ir nunešė į laboratoriją, prieš padėdami pieštuką ant matematinių lygčių. Rogersas praėjusią vasarą praleido pas Harvardo medicinos mokyklos neurobiologus, norėdamas sužinoti apie smegenų biologiją. Ji ištyrė specifinių neuromediatorių vaidmenį smegenyse įvairiuose miego ir pabudimo ciklo taškuose.

Šis darbas išmokė Rogersą skaityti EEG (elektroencefalografijos) ir EMG (elektromiografijos) duomenis apie smegenų bangas ir raumenų veiklą, vykstančią miego ciklo metu. Šie biologiniai duomenys būtų jų matematinių skaičiavimų pagrindas.

Šis tyrimų fondas leido komandai sukurti didžiulį miego ir budėjimo ciklo 11 lygčių modelį. Dabar jie stengiasi šias diferencialines lygtis įvesti į lengvai naudojamą grafinį kompiuterio modelį, skirtą biologams ir gydytojams studijuoti.

"Mes sukūrėme modelį, kuris gali būti naudingas kitiems tyrėjams kaip idealaus, sveiko miego ir pabudimo ciklo etalonas", - sakė Holmesas.

„Mokslininkai galės pasirinkti šį idealų modelį ir numatyti, kaip įvairūs trikdžiai, tokie kaip kofeinas ar reaktyvinis atsilikimas, paveiks tą idealų ciklą. Tai yra labai neinvazinis smegenų ir miego tyrimo būdas, kuris suteiks svarbių užuominų, kaip įveikti šiuos sutrikimus ir leis pacientams geriau ir netrukdomiau miegoti “.

Šaltinis: Rensselaer politechnikos institutas