Zzzzzzzz: Matematica Unui Somn Bun

{h1}

Janet best, un matematician finanțat de nsf, studiază ciclurile somn-veghe folosind modele matematice.

Acest articol din spatele scenelor a fost furnizat WordsSideKick.com în parteneriat cu Fundația Națională de Știință.

Ne lăudăm când copilul nostru doarme în sfârșit noaptea. Îl amintim pe adolescentul care necesită o lovitură canonică să se ridice din patul său înainte de prânz. Și în anii noștri „de aur”, ne întrebăm de ce somnul este atât de trecător, dar totuși nașterea pare să vină la fel de ușor ca respirația. Acestea sunt misterele somnului.

Somn cu probleme

Însă misterele somnului sunt mai mult decât o simplă sursă de minune trecătoare sau de inconvenient pentru mulți oameni. De fapt, Centrele pentru Controlul Bolilor (CDC) raportează că 70 de milioane de americani suferă de probleme cronice de somn, care variază de la insomnie și apnee la somn până la narcolepsie, sindromul picioarelor neliniștite și tulburări de ritm circadian. În plus, „privarea de somn este asociată cu leziuni, boli cronice, boli mintale, calitate slabă a vieții și bunăstare, costuri sporite de îngrijire a sănătății și pierderi de productivitate a muncii”, conform echipei CDC pentru somn și somn, care evaluează prevalența și impactul insuficienței somnului și al tulburărilor de somn.

Pentru a ajuta la rezolvarea unor astfel de probleme, biologii, oamenii de știință comportamentali, neuroștiștiștii și chiar producătorii de saltele studiază, de ani buni, misterele somnului și ale veghei și ale tulburărilor de somn. Dar, mai recent, cercetătorii au recunoscut că o altă disciplină necesară care ar trebui inclusă în abordările de colaborare a problemelor legate de somn este matematica la modă.

Lucrând pentru a înțelege somnul

Contribuind la astfel de abordări de colaborare este Janet Best - matematician la Universitatea de Stat din Ohio, a cărei cercetare este finanțată de Fundația Națională de Știință (NSF). De asemenea, afiliat la Institutul de Biosciențe Matematice finanțat de NSF, Best a petrecut ultimii 10 ani studiind cicluri de somn-veghe folosind modele matematice.

„Pentru a înțelege somnul, încercăm să reformulăm întrebările biologice în termeni de matematică, de obicei sisteme de ecuații diferențiale”, a explicat ea. „Somnul este atât regulat cât și aleatoriu. Este regulat prin faptul că mergem să dormim, în general, în aceeași oră a zilei. Randomul apare la sugari care par să nu aibă un model în ciclurile lor de somn și în variabilitatea momentului în care ne-am putea trezi în timpul noaptea. Am investigat modul în care structurile neuronale din creier afectează tranzițiile aleatorii și regulate între somn și veghe. "

Prin descrierea prin ecuații a proprietăților neuronilor implicați în circuitele creierului de veghe-somn, Best dezvoltă modele matematice care reprezintă modalități prin care neuronii interacționează și se influențează reciproc. Ea își validează modelele verificând predicțiile lor în raport cu datele pe care biologii le adună în studii care au implicat atât oameni, cât și șobolani. (Surprinzător, modelele de somn de șobolani bebeluși trec prin schimbări similare cu modelele de somn ale bebelușilor umani, dar nu este clar cât este somnul de șobolan similar pentru adulți cu somnul uman.) Odată validat, modelele lui Best pot fi folosite pentru a testa idei despre somn și trezire. modele.

„Ideea este să vedem cum oamenii dorm normal, astfel încât să putem înțelege când lucrurile merg prost”, a spus Best. "De-a lungul nopții, experimentăm„ infarcturi "de somn și de veghe. Există o variabilitate de care suntem conștienți, dar, de fapt, apare și mai multă variabilitate - amintim doar episoade de trezire mai lungi. Cu toate acestea, apar atât episoade scurte cât și lungi, iar asta este ceva Încerc să înțeleg. Experimentaliștii colectează date despre aceste atacuri de veghe / somn. Deoarece durata somnului și a tranzițiilor și tranzițiile dintre ele prezintă un comportament regulat și oarecare aleatoriu, ecuațiile diferențiale trebuie să surprindă ambele fațete. "

Un interes personal

Cel mai bine s-a interesat să studieze somnul - când lucra la doctoratul în matematică - a fost implicată într-un accident de bicicletă în care a suferit o vătămare la cap gravă. După accident, a început să experimenteze somnul simultan și momentele de veghe. Cu alte cuvinte, în timp ce era treaz, avea vise care nu erau nopți de zi. De asemenea, după accidentul lui Best, creierul ei a început să stocheze amintiri și vise aproape în același mod și astfel a devenit dificil pentru ea să distingă una de cealaltă. Cu toate acestea, literatura medicală a vremii a spus că experiența ei este imposibilă.

"În 10 ani, au fost multe schimbări în acest domeniu", a spus ea. „În urmă cu zece ani, accentul se punea pe tiparele obișnuite. Acum aspectele aleatoare ale somnului sunt din ce în ce mai multă atenție. Modelele se bazează acum pe fiziologia de bază reală”.

Abordări colaborative

Cei mai buni și colaboratorii ei lucrează pentru a dezvolta astfel de modele bazate, în parte, pe colaborări cu non-matematicieni. În acest scop, Best citește lucrări de biologi și neuroștiinți care prezintă date noi și idei noi legate de provocări specifice în ciclurile de somn ale oamenilor. De exemplu, o lucrare a unui biolog sau neuroștiințific ar putea prezenta date noi despre un subgrup de persoane cu o provocare specifică cu ciclurile lor de somn pe care cel mai bine le poate conecta la modelele ei. Cercetarea lui Best implică, de asemenea, lucrul direct cu cercetătorii de somn / veghe care efectuează experimente pe rozătoare sau care văd pacienții clinic.

"Ai nevoie de multă interacțiune cu biologii și oamenii de știință medicali și trebuie să ai conversații cu oamenii care generează datele", a spus Best. „Dacă m-aș baza doar pe citirea lucrărilor, nu aș putea înțelege toate ipotezele de bază și modalitățile în care au fost colectate datele și asta ar putea afecta în mod semnificativ modul în care formulez modelele matematice”.

Cercetările lui Best beneficiază, de asemenea, de afilierea ei cu Institutul Matematic de Biosciențe din Ohio, care găzduiește 12 ateliere pe an, atrăgând experți de renume la nivel mondial și oferă oportunități importante de fertilizare încrucișată între biologi și matematicieni.

Modelarea complexităților creierului

„Înțelegerea ciclurilor de veghe-somn poate avea un impact enorm asupra dezvoltării unei mai bune cunoașteri a dinamicii creierului și, la rândul său, modul în care sistemele dintr-un întreg organism fiziologic interacționează și funcționează”, a spus Mary Ann Horn, o divizie de matematică NSF. Director de programe de științe. "Cercetarea care implică colaborarea dintre oamenii de știință matematici și biologici dă naștere la rezultate pentru care nu numai că informația biologie informează modelarea și analiza, dar stimulează noi dezvoltări matematice, deoarece tehnicile noi sunt dezvoltate pentru a aborda aceste întrebări provocatoare."

„Este enorm de greu să îți dai seama cum funcționează creierul”, a spus Best. "Vorbim despre 200 de milioane de neuroni, toată această chimie, hormoni - atât de multe variabile. Trebuie să deducem modul în care creierele își îndeplinesc sarcinile. Și există întotdeauna mai multe modalități prin care se poate întâmpla o anumită sarcină, deci provocarea vine în tachinarea informații și, în cazul meu, construirea unui model bun care ajută la completarea pieselor care lipsesc ".

Până în prezent, modelele de cicluri de somn / veghe dezvoltate de Best și colaboratorii ei indică faptul că cu cât durează mai mult un „episod” în timpul nopții, cu atât este mai puțin probabil să fie întrerupt de somn. Dar modelele indică, de asemenea, că același model nu pare să se aplice unui „somn” - care pare să fie la fel de predispus la întrerupere în orice moment. În plus, modelele au ajutat la dezvăluirea structurii rețelei neuronale care afectează sincronizarea atacurilor de somn / trezire.

Constatări precum acestea despre fenomenele de somn neobișnuite pot contribui, progresiv, la înțelegerea mecanismului de somn / veghe care stă la baza - și, prin urmare, susțin dezvoltarea modelelor acestui mecanism. În cele din urmă, astfel de modele pot ajuta cercetătorii să dezvolte tratamente de insomnie, remedii eficiente pentru tulburările de somn induse de starea medicală sau strategii pentru a reduce mai rapid lag lag-ul.

"Există o mulțime de date din studiile somnului", a spus cel mai bine, dar datele de la sine nu dau înțelegere. Pentru a obține înțelegere, trebuie să înțelegeți mecanismele neuronale care stau la baza. Câmpul somn / veghe crește foarte repede acum și acest lucru este furnizarea de noi date pentru interpretarea și înțelegerea noastră. Analiza matematică și compararea cu date noi ar trebui să ne permită să formulăm o nouă înțelegere a modului în care funcționează somnul. "

Cercetătorii descriși în articolele din spatele Scenelor au fost susținuți de Fundația Națională de Știință, agenția federală însărcinată cu finanțarea cercetării și educației de bază pe toate domeniile științei și ingineriei. Orice opinii, concluzii și concluzii sau recomandări exprimate în acest material sunt cele ale autorului și nu reflectă în mod necesar opiniile Fundației Naționale a Științei. Vezi În spatele Arhivei Scenelor.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Creaturi Bizare Hibride În Adâncime Descoperite
Creaturi Bizare Hibride În Adâncime Descoperite

Shoturi De Cană: 10 Amfibieni Pierduți
Shoturi De Cană: 10 Amfibieni Pierduți

Infecții Ale Urechilor: Simptome Și Tratament
Infecții Ale Urechilor: Simptome Și Tratament

Suicidul Celular: O Parte Esențială A Vieții
Suicidul Celular: O Parte Esențială A Vieții

Mima Misterioasă „Mima” Movilă Creată De Plante, Nu De Animale
Mima Misterioasă „Mima” Movilă Creată De Plante, Nu De Animale


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com