Математика објашњава зашто бебе спавају током дана, тинејџери касно заспавају, а старији се рано буде

Да ли сте се икада запитали зашто бебе неким данима дремају, а другим не? Или зашто се старији људи буде раније? Математичко моделирање регулације сна пружа неочекиване одговоре на ова и друга питања, према новој студији Универзитета у Сарију.

У раду објављеном у часопису npj Biological Timing and Sleep, истраживачи су анализирали математичку структуру модела двоструког процеса (2PM) регулације сна, који је први пут предложен 1980-их. 2PM објашњава како наше обрасце спавања обликују два фактора: притисак спавања, који се повећава што дуже остајемо будни, а смањује током спавања, и циркадијални ритам нашег унутрашњег биолошког сата, који траје око 24 сата.

Тим из Сарија је користио математику како би показао како 2PM одражава процесе у мозгу док се пребацује између сна и будности. Показали су да модел помаже у објашњењу зашто бебе у одређеним фазама развоја дремају само одређеним данима - феномен познат као „Ђавоље степениште“ међу научницима који се баве осцилацијама. Исти модел објашњава обрасце спавања код животиња.

Истраживачи су такође комбиновали математику прекидача за спавање и буђење са математиком о томе како светлост утиче на биолошки сат. Овај интегрисани модел помаже у објашњењу колико феномена спавања одређује комбинација унутрашњих физиолошких процеса и околине.

На пример, модел објашњава зашто тинејџери имају тенденцију да заспу и буде се касније од млађе деце. Спорије повећање притиска спавања током будности им омогућава да дуже остану будни, а вечерње излагање јаком светлу додатно одлаже сан.

Модел такође нуди нове увиде у друге уобичајене обрасце. Једно изненађујуће откриће: Рано буђење у старости може бити вођено не толико променама у биолошком сату, како се обично мисли, већ начином на који различити системи који управљају сном међусобно делују и како се те интеракције мењају са годинама, околином и индивидуалном биологијом.

Рад тима показује да модел 2PM + светло пружа увид у то зашто неки људи имају потешкоћа са раним буђењем или одласком у кревет у „друштвено прихватљиво“ време – не зато што им је биолошки сат „покварен“, већ зато што њихово (светло) окружење или физиологија померају сан касније.

Професорка Ан Скелдон, шефица Факултета за математику на Универзитету у Сарију и главна ауторка студије, рекла је:

„Овај модел нуди наду за боље разумевање и решења проблема са спавањем. Користећи математику, можемо видети како мале промене у осветљењу, рутини или биологији мењају обрасце спавања и тестирати практичне начине за побољшање сна за све. Ово је корак ка персонализованијим, ефикаснијим решењима која могу побољшати квалитет живота људи.“

Користећи математику, истраживачи су показали да се модел 2PM + светлост понаша као систем нелинеарних осцилатора - осцилатор спавања и буђења, осцилације биолошког сата и образац светлости/таме који до мозга допире кроз очи.

Научници објашњавају да осцилатор спавања и буђења обично не прати 24-часовни ритам, али је интеракција са биолошким сатом и светлосним циклусима оно што нам помаже да останемо синхронизовани са циклусом дана и ноћи кроз процес познат као „привлачење“.

Да би даље истражили ове осцилаторне интеракције, научници су спровели математичке симулације користећи модел 2PM + светло. Симулације су показале да боравак у затвореном простору већи део дана и упаљена јака светла увече ремете систем осцилатора и, са њим, сан. Ово им је омогућило да предвиде низ понашања, као што су промене сна након излагања вечерњој светлости или потешкоће са редовним спавањем.

Професор Дерк-Јан Дајк, коаутор студије и директор Центра за истраживање сна Универзитета у Сарију, додао је:

„Овај рад показује како математика може да осветли сложене и личне процесе попут сна. Са правим подацима и моделима, можемо дати боље препоруке и развити нове интервенције за побољшање сна код људи чији је одмор поремећен модерним рутинама, старењем или болестима.“