Uykunun Matematiksel Modeli

Modern tıbbın tüm ilerlemelerine rağmen, bilim adamları uyku anlayışımızın en iyi ihtimalle sınırlı olduğunu kabul ediyorlar.

"Neden uyuyamıyorum?" Gibi temel soruların yanıtları veya "neden uyumam gerekiyor?" bilinmeyen kalır.

Rensselaer Polytechnic Institute'taki araştırmacılar uyku-uyanma döngüsünü daha iyi anlamak için geleneksel beyin taramaları ve uyku çalışmalarından çok matematiğe yöneliyor.

Matematik profesörü Mark Holmes ve lisansüstü öğrencisi Lisa Rogers, çevresel, tıbbi veya fiziksel değişikliklerin bir kişinin uykusunu nasıl etkileyeceğini tahmin etmek için diğer bilim adamları ve doktorlar tarafından kolayca manipüle edilebilen bir bilgisayar modeli geliştirdi.

Modelleri aynı zamanda uyku-uyanma döngüsünün en temel dinamikleri için ipuçları sağlayacaktır.

Holmes, "Uyku-uyanma döngüsünü anlamak için çok disiplinler arası bir araç yaratmak istedik" dedi.

Modeli, döngünün çeşitli aşamalarında nörobiyologlar tarafından geliştirilen en iyi ve en yeni biyolojik bulgulara dayandırdık ve matematiksel denklemlerimizi bu temelden oluşturduk. Bu, hem matematiksel hem de biyolojik olarak doğru ve çeşitli bilim adamları için faydalı bir model yarattı.

Holmes sözlerine şöyle devam etti: “Bu aynı zamanda uygulamalı matematiğin bilim ve tıpta gerçek sorunları çözmek için nasıl kullanılabileceğinin önemli bir örneğidir.

Modeli oluşturmak için, araştırmacılar tam anlamıyla kolları sıvadı ve matematiksel denklemler üzerine kurşun kalem koymadan önce laboratuvara götürdüler. Rogers geçen yazı, beynin biyolojisi hakkında bilgi edinmek için Harvard Tıp Fakültesi'ndeki nörobiyologlarla geçirdi. Uyku-uyanıklık döngüsünün çeşitli noktalarında beyindeki belirli nörotransmiterlerin rolünü araştırdı.

Çalışma Rogers'a uyku döngüsü sırasında oluşan beyin dalgaları ve kas aktivitesi ile ilgili EEG (elektroensefalografi) ve EMG (elektromiyografi) verilerini nasıl okuyacağını öğretti. Bu biyolojik veriler, matematik hesaplamalarının temelini oluşturacaktır.

Bu araştırma temeli, ekibin uyku-uyanıklık döngüsünün devasa bir 11 denklemli modelini geliştirmesine izin verdi. Şimdi bu diferansiyel denklemleri, biyologların ve doktorların çalışması için kullanımı kolay bir grafik bilgisayar modeline girmek için çalışıyorlar.

Holmes, “Diğer araştırmacılara ideal, sağlıklı uyku-uyanma döngüsünün bir ölçütü olarak hizmet edebilecek bir model geliştirdik” dedi.

Bilim adamları bu ideal modeli alıp kafein veya jet gecikmesi gibi farklı rahatsızlıkların bu ideal döngüyü nasıl etkileyeceğini tahmin edebilecekler. Bu, beyni ve uykuyu incelemenin, bu rahatsızlıkların nasıl üstesinden gelineceğine ve hastaların daha iyi ve daha rahatsız edilmeden uykuya dalmalarına nasıl önemli ipuçları sağlayacak çok invazif olmayan bir yoldur. ”

Kaynak: Rensselaer Polytechnic Institute