睡眠の数学モデル

現代医学のすべての進歩にもかかわらず、科学者たちは睡眠についての私たちの理解がせいぜい限られていることを認めています。

「なぜ眠れないのか」などの基本的な質問への回答または「なぜ私はまったく眠る必要があるのですか？」不明のまま。

睡眠覚醒サイクルをよりよく理解するために、レンセラー工科大学の研究者たちは、従来の脳スキャンや睡眠研究ではなく、数学に目を向けています。

数学教授のマークホームズと大学院生のリサロジャースは、他の科学者や医師が簡単に操作できるコンピューターモデルを開発し、環境、医学、または身体の変化が睡眠にどのように影響するかを予測しました。

彼らのモデルはまた、睡眠覚醒サイクルの最も基本的なダイナミクスへの手がかりを提供します。

「私たちは睡眠と覚醒のサイクルを理解するための学際的なツールを作りたかったのです」とホームズは言った。

「私たちは、神経生物学者がサイクルのさまざまな段階で開発した最良かつ最新の生物学的所見に基づいてモデルを構築し、その基礎から数学の方程式を構築しました。これにより、数学的にも生物学的にも正確で、さまざまな科学者に役立つモデルが作成されました。

「これは、応用数学を使用して科学と医学の実際の問題を解決する方法の重要な例でもあります」とホームズは続けた。

モデルを作成するために、研究者達は文字通り袖をまくり、実験室に連れて行ってから、数式に鉛筆を書きました。ロジャースは昨年の夏、ハーバード大学医学部の神経生物学者と一緒に脳の生物学について学びました。彼女は、睡眠-覚醒サイクルのさまざまな時点での脳内の特定の神経伝達物質の役割を調査しました。

この作業は、睡眠サイクル中に発生する脳波と筋活動に関するEEG（脳波）およびEMG（筋電図）データの読み方をロジャースに教えました。この生物学的データは、彼らの数学計算の基礎を形成するでしょう。

この研究基盤により、チームは睡眠覚醒サイクルの大規模な11方程式モデルを開発することができました。彼らは現在、生物学者や医師が研究できるように、これらの微分方程式を使いやすいグラフィックコンピューターモデルに入力する作業をしています。

「私たちは、理想的で健康的な睡眠-覚醒サイクルのベンチマークとして他の研究者に役立つことができるモデルを開発しました」とホームズは言いました。

「科学者はこの理想的なモデルを採用して、カフェインや時差ボケなどのさまざまな障害がその理想的なサイクルにどのように影響するかを予測できます。これは、脳と睡眠を研究するための非常に非侵襲的な方法であり、これらの障害を克服する方法に関する重要な手がかりを提供し、患者がよりよく、より妨げられない睡眠をとることを可能にします。」

出典：レンセラー工科大学