Matematički model spavanja
Unatoč svim napretcima moderne medicine, znanstvenici priznaju da je naše razumijevanje sna u najboljem slučaju ograničeno.
Odgovori na osnovna pitanja poput "zašto ne mogu zaspati?" ili "zašto uopće moram spavati?" ostaju nepoznati.
U nastojanju da bolje razumiju ciklus spavanja i buđenja, istraživači s Politehničkog instituta Rensselaer okreću se matematici, a ne tradicionalnim pretragama mozga i studijama spavanja.
Profesor matematike Mark Holmes i njegova diplomska studentica Lisa Rogers razvili su računalni model kojim drugi znanstvenici i liječnici mogu lako manipulirati kako bi predvidjeli kako će okolišne, medicinske ili fizičke promjene utjecati na čovjekov san.
Njihov će model također pružiti tragove o najosnovnijoj dinamici ciklusa spavanje-budnost.
"Željeli smo stvoriti vrlo interdisciplinarni alat za razumijevanje ciklusa spavanja i buđenja", rekao je Holmes.
„Model smo temeljili na najboljim i najnovijim biološkim nalazima koje su neurobiolozi razvili u različitim fazama ciklusa i na temelju toga izgradili naše matematičke jednadžbe. Ovo je stvorilo model koji je matematički i biološki točan i koristan raznim znanstvenicima.
"Ovo je također važan primjer kako se primijenjena matematika može koristiti za rješavanje stvarnih problema u znanosti i medicini", nastavio je Holmes.
Da bi stvorili model, istraživači su doslovno zasukali rukave i odveli u laboratorij prije nego što su stavili olovku na papir na matematičke jednadžbe. Rogers je prošlo ljeto proveo s neurobiolozima na Harvard Medical School kako bi naučio o biologiji mozga. Istražila je ulogu specifičnih neurotransmitera u mozgu u različitim točkama ciklusa spavanja i budnosti.
Rad je Rogersa naučio kako čitati EEG (elektroencefalografija) i EMG (elektromiografija) podatke o moždanim valovima i mišićnoj aktivnosti koja se javlja tijekom ciklusa spavanja. Ovi biološki podaci tvorili bi temelj njihovih matematičkih izračuna.
Ova istraživačka osnova omogućila je timu da razvije masivan model jednadžbe od 11 jednadžbi ciklusa spavanje-budnost. Oni sada rade na uvođenju tih diferencijalnih jednadžbi u jednostavan grafički računalni model za proučavanje biologa i liječnika.
"Razvili smo model koji može poslužiti drugim istraživačima kao mjerilo idealnog, zdravog ciklusa spavanja i buđenja", rekao je Holmes.
„Znanstvenici će moći uzeti ovaj idealni model i predvidjeti kako će različiti poremećaji poput kofeina ili mlaznog zaostajanja utjecati na taj idealni ciklus. Ovo je vrlo neinvazivan način proučavanja mozga i spavanja koji će pružiti važne tragove o tome kako prevladati te poremećaje i omogućiti pacijentima bolji i nesmetaniji san. "
Izvor: Politehnički institut Rensselaer
