Miega matemātiskais modelis

Neskatoties uz visiem mūsdienu medicīnas sasniegumiem, zinātnieki atzīst, ka mūsu izpratne par miegu labākajā gadījumā ir ierobežota.

Atbildes uz pamatjautājumiem, piemēram, “kāpēc es nevaru aizmigt?” vai "kāpēc man vispār vajag gulēt?" paliek nezināms.

Cenšoties labāk izprast miega un pamošanās ciklu, Rensselaera Politehniskā institūta pētnieki pievēršas matemātikai, nevis tradicionālajai smadzeņu skenēšanai un miega pētījumiem.

Matemātikas profesors Marks Holmss un viņa maģistrante Liza Rodžersa izstrādāja datora modeli, ar kuru citi zinātnieki un ārsti var viegli manipulēt, lai prognozētu, kā vides, medicīniskās vai fiziskās izmaiņas ietekmēs cilvēka miegu.

Viņu modelis arī sniegs norādes uz miega un pamošanās cikla pamata dinamiku.

"Mēs vēlējāmies izveidot ļoti starpdisciplināru rīku, lai izprastu miega un pamošanās ciklu," sacīja Holmss.

“Mēs balstījām modeli uz labākajiem un jaunākajiem neirobiologu izstrādātajiem bioloģiskajiem atklājumiem dažādās cikla fāzēs un no šī pamata izveidojām matemātiskos vienādojumus. Tādējādi ir izveidots modelis, kas ir gan matemātiski, gan bioloģiski precīzs un noderīgs dažādiem zinātniekiem.

"Šis ir arī svarīgs piemērs tam, kā lietišķo matemātiku var izmantot, lai atrisinātu reālus jautājumus zinātnē un medicīnā," turpināja Holmss.

Lai izveidotu modeli, pētnieki burtiski satina piedurknes un aizveda uz laboratoriju, pirms viņi matemātiskajos vienādojumos uzlika zīmuli pie papīra. Pagājušo vasaru Rodžers pavadīja pie Harvardas medicīnas skolas neirobiologiem, lai uzzinātu par smadzeņu bioloģiju. Viņa pētīja specifisku neirotransmiteru lomu smadzenēs dažādos miega-pamošanās cikla punktos.

Darbs iemācīja Rodžersam, kā lasīt EEG (elektroencefalogrāfija) un EMG (elektromiogrāfija) datus par smadzeņu viļņiem un muskuļu aktivitāti, kas notiek miega cikla laikā. Šie bioloģiskie dati veidotu viņu matemātisko aprēķinu pamatu.

Šis pētījumu fonds ļāva komandai izstrādāt masīvu 11 vienādojuma modeli miega un pamošanās ciklā. Tagad viņi strādā, lai ievadītu šos diferenciālvienādojumus viegli lietojamā grafiskā datora modelī, ko pētīt biologiem un ārstiem.

"Mēs esam izstrādājuši modeli, kas var kalpot citiem pētniekiem kā ideāla, veselīga miega un pamošanās cikla etalons," sacīja Holmss.

“Zinātnieki varēs izmantot šo ideālo modeli un paredzēt, kā dažādi traucējumi, piemēram, kofeīns vai reaktīvā viela, ietekmēs šo ideālo ciklu. Tas ir ļoti neinvazīvs smadzeņu un miega pētīšanas veids, kas sniegs svarīgas norādes par to, kā pārvarēt šos traucējumus un ļaus pacientiem labāk un netraucētāk gulēt. ”

Avots: Rensselaera Politehniskais institūts

!-- GDPR -->