Schlafmuster während der gesamten Lebensdauer durch Mathematik und Biologie verstehen

Frage mich, warum Babys an einigen Tagen, aber nicht an anderen, ein Nickerchen machen? Oder warum ältere Menschen früher aufwachen? Laut einer neuen Studie der University of Surrey bietet die mathematische Modellierung der Schlafregulierung einige überraschende Antworten auf diese und andere Fragen.

In einem in biologischen Timing und Schlaf veröffentlichten Artikel analysierten die Forscher die mathematische Struktur des Zweiprozessmodells (14 Uhr) der Schlafregulation, das erstmals in den 1980er Jahren vorgeschlagen wurde. Die 14.00 Uhr erklärt, wie unsere Schlafmuster durch zwei Faktoren geformt werden – ein Schlafdruck, der aufbaut, je länger wir wach sind und während des Schlafes abnehmen, und der nahezu 24 -Stunden -Rhythmus unserer inneren Körperuhr.

Das Forschungsteam von Surrey nutzte Mathematik, um zu zeigen, wie die 14.00 Uhr widerspiegelt, was im Gehirn passiert, wenn Menschen zwischen Schlaf und Wachheit wechseln. Sie zeigten, dass der 14.00 Uhr erklärt, warum Babys in einigen Entwicklungsstadien an einigen Tagen und nicht an anderen ein Nickerchen ein Nickerchen machen, ein Phänomen, das als „Teufelsreppe“ von Oszillator -Theoretikern bezeichnet wird. Und dass dasselbe Modell Schlafmuster bei nichtmenschlichen Arten erklären kann.

Das Forschungsteam kombinierte auch die Mathematik des Schlaf-Wach-Wechsels mit der Mathematik der Auswirkungen des Lichts auf die biologische Uhr. Dieses integrierte Modell erklärt, wie viele Schlafphänomene durch eine Kombination aus internen physiologischen Prozessen und der Umwelt verursacht werden. Zum Beispiel hilft das Modell zu erklären, warum Teenager dazu neigen, einzuschlafen und später aufzustehen als jüngere Kinder. Ein langsamerer Schlafdruck während des Nachwachens bedeutet, dass sie länger aufbleiben und am Abend helles Licht ausgesetzt werden können. Das Modell bietet auch neue Möglichkeiten, über andere gemeinsame Muster nachzudenken. Eine überraschende Erkenntnis ist, dass das frühere Aufwachen beim Alter möglicherweise nicht hauptsächlich durch Änderungen der Körperuhr getrieben wird, wie oft angenommen. Stattdessen könnte es sich aus der Art und Weise ergeben, wie die verschiedenen Systeme, die den Schlaf steuern, und wie sich diese Interaktionen mit Alter, Umwelt und individueller Biologie verändern.

Die Arbeit des Teams zeigt, dass dieses 2PM -Plus -Lichtmodell eine Möglichkeit bietet, zu verstehen, warum es manche Menschen schwer fällt, frühzeitig aufzuwachen oder in sozial erwarteten Zeiten zu schlafen – nicht weil ihre Körperuhr gebrochen ist, sondern weil ihre (leichte) Umgebung oder Biologie ihren Schlaf später vorantreibt.

Dieses Modell gibt uns die Hoffnung, dass Schlafprobleme besser verstanden und angegangen werden können. Durch die Verwendung von Mathematik können wir sehen, wie kleine Veränderungen in Licht, Routine oder Biologie unseren Schlaf verändern und praktische Möglichkeiten testen, um einen besseren Schlaf für alle zu unterstützen. Es ist ein Schritt in Richtung personalisierterer und effektiverer Lösungen, die das tägliche Leben der Menschen verbessern. „

Professor Anne Skeldon, Leiterin der Mathematikschule an der Universität von Surrey und führender Autor der Studie

Unter Verwendung der Mathematik konnten die Forscher nachweisen, dass sich das 2PM-Plus-Lichtmodell wie ein System nichtlinearer Oszillatoren verhält-ein Schlaf-Wach-Oszillator, die Oszillationen der Körperuhr und das helldunkle Muster, das unser Gehirn durch unsere Augen erreicht.

Sie erklären, wie der Schlaf-Wach-Oszillator im Allgemeinen nicht einem 24-Stunden-Muster folgt, aber es ist die Interaktion mit der Körperuhr und dem helldarken Muster, das uns durch einen als Mitnahme bekannten Prozess auf den Tag-Nacht-Zyklus ausgerichtet hält.

Um weiter zu untersuchen, wie diese Oszillationen interagieren, haben die Forscher mathematische Simulationen unter Verwendung des 2PM -Plus -Lichtmodells durchgeführt. Diese Simulationen deuten darauf hin, dass das Leben in den größten Teil des Tages und das Einhalten der Lichter am Abend das Oszillatorsystem stört und unseren Schlaf stört. Diese Simulationen ermöglichten es ihnen, eine Reihe von Verhaltensweisen vorherzusagen, wie z. B. den Schlaf nach der lichtdurchlässigen Exposition zu verschieben oder es schwierig zu finden, regelmäßig zu schlafen.

Professor Derk-Jan Dijk, Co-Autor der Studie und Direktor des Surrey Sleep Research Center an der Universität von Surrey, sagte:

„Diese Arbeit zeigt, wie Mathematik Klarheit zu etwas so komplexem und persönlichem wie Schlaf bringen kann. Mit den richtigen Daten und Modellen können wir maßgeschneiderte Ratschläge geben und neuartige Interventionen entwickeln, um die Schlafmuster für diejenigen zu verbessern, deren Ruhe von modernen Routinen, Altern oder Gesundheitszuständen betroffen ist.“

Quellen: