Az alvás matematikai modellje
A modern orvostudomány minden előrelépése ellenére a tudósok elismerik, hogy az alvásról való megértésünk legjobb esetben is korlátozott.
Válaszok olyan alapvető kérdésekre, mint például: "miért nem tudok elaludni?" vagy "miért kell egyáltalán aludnom?" ismeretlenek maradnak.
Az alvás-ébrenlét ciklusának jobb megértése érdekében a Rensselaer Politechnikai Intézet kutatói inkább a matematika felé fordulnak, mintsem a hagyományos agyi vizsgálatok és alvásvizsgálatok helyett.
Mark Holmes matematika professzor és végzős hallgatója, Lisa Rogers olyan számítógépes modellt fejlesztettek ki, amelyet más tudósok és orvosok könnyen kezelhetnek, hogy megjósolják, hogy a környezeti, orvosi vagy fizikai változások hogyan befolyásolják az ember alvását.
Modelljük az alvás-ébrenlét ciklus legalapvetőbb dinamikájára is utal.
"Nagyon interdiszciplináris eszközt akartunk létrehozni az alvás-ébrenlét ciklusának megértése érdekében" - mondta Holmes.
„A modellt a neurobiológusok által a ciklus különböző szakaszaiban kifejlesztett legjobb és legfrissebb biológiai eredményekre alapoztuk, és ebből az alapból építettük fel matematikai egyenleteinket. Ez létrehozott egy matematikailag és biológiailag is pontos modellt, amely számos tudós számára hasznos.
"Ez is egy fontos példa arra, hogyan lehet az alkalmazott matematikát felhasználni a tudomány és az orvostudomány valódi kérdéseinek megoldására" - folytatta Holmes.
A modell elkészítéséhez a kutatók szó szerint felhajtották az ujjaikat, és elvitték a laboratóriumba, mielőtt ceruzát vetettek volna a matematikai egyenletekre. Rogers tavaly nyarat a Harvard Medical School neurobiológusainál töltött, hogy megismerje az agy biológiáját. Vizsgálta a specifikus neurotranszmitterek szerepét az agyban az alvás-ébrenlét ciklus különböző pontjain.
A munka megtanította Rogers-t arra, hogyan olvassa el az alvási ciklus során bekövetkező agyhullámokról és izomaktivitásról szóló EEG (elektroencefalográfia) és EMG (elektromiográfia) adatokat. Ez a biológiai adat képezné matematikai számításaik alapját.
Ez a kutatási alap lehetővé tette a csapat számára az alvás-ébrenlét ciklusának masszív 11 egyenletű modelljének kidolgozását. Most azon dolgoznak, hogy ezeket a differenciálegyenleteket egy könnyen használható grafikus számítógépes modellbe illesszék be, amelyet a biológusok és az orvosok tanulmányozhatnak.
"Olyan modellt dolgoztunk ki, amely más kutatókat is szolgálhat az ideális, egészséges alvás-ébrenlét ciklusának mércéjeként" - mondta Holmes.
„A tudósok képesek lesznek alkalmazni ezt az ideális modellt, és megjósolni, hogy a különböző zavarok, például a koffein vagy a jet lag hogyan befolyásolják ezt az ideális ciklust. Ez egy nagyon nem invazív módszer az agy és az alvás tanulmányozására, amely fontos tippeket nyújt arra, hogyan lehet legyőzni ezeket a zavarokat, és lehetővé teszi a betegek számára a jobb és zavartalanabb alvást. "
Forrás: Rensselaer Politechnikai Intézet
