Un studiu oferă răspunsuri la întrebări precum de ce unii bebelușii dorm ziua într-o zi, dar nu și în alta, sau de ce persoanele în vârstă se trezesc mai devreme.

Modelarea matematică a reglării somnului oferă explicații surprinzătoare pentru aceste comportamente și nu numai, potrivit unui nou studiu al Universității din Surrey, citat de medicalxpress.com.

Cercetătorii au analizat structura matematică a modelului cu două procese (2PM) de reglare a somnului, care a fost propus pentru prima dată în anii 1980. Modelul 2PM explică modul în care tiparele noastre de somn sunt modelate de doi factori – o presiune de a dormi care crește cu cât suntem treji mai mult timp și diminuează în timpul somnului, precum și ritmul de aproape 24 de ore al ceasului nostru biologic intern.

Echipa de cercetare din Surrey a folosit matematica pentru a arăta cum modelul 2PM reflectă ceea ce se întâmplă în creier pe măsură ce oamenii trec de la starea de veghe la somn. Ei au arătat că 2PM ajută la explicarea motivului pentru care bebelușii aflați în anumite etape de dezvoltare dorm în unele zile și nu în altele, un fenomen denumit „Scara diavolului” de către teoreticienii oscilatorului. Și că același model poate explica tiparele de somn și la speciile non-umane.

Echipa de cercetare a combinat, de asemenea, matematica tranziției somn-veghe cu matematica ce descrie efectele luminii asupra ceasului biologic. Acest model integrat ajută la explicarea câte fenomene de somn sunt cauzate de o combinație de procese fiziologice interne și de mediu.

De exemplu, modelul ajută la explicarea motivului pentru care adolescenții tind să adoarmă și să se trezească mai târziu decât copiii mai mici. O creștere mai lentă a presiunii somnului în timpul stărilor de veghe înseamnă că aceștia pot sta treji mai mult timp, iar expunerea la lumină puternică seara poate întârzia somnul și mai mult.

O descoperire surprinzătoare este că trezirea mai devreme pe măsură ce îmbătrânim poate să nu fie determinată în principal de modificări ale ceasului biologic, așa cum se presupune adesea. În schimb, ar putea rezulta din modul în care interacționează diferitele sisteme care controlează somnul – și din modul în care aceste interacțiuni se schimbă odată cu vârsta, mediul și biologia individuală.

Analiza mai arată că acest model, 2PM plus influența luminii, oferă o modalitate de a înțelege de ce unor persoane le este greu să se trezească devreme sau să doarmă la orele așteptate din punct de vedere social – nu pentru că ceasul lor biologic este defect, ci pentru că mediul lor (luminos) sau biologia le împinge somnul mai târziu.

Folosind matematica, cercetătorii au reușit să demonstreze că modelul 2PM combinat cu lumină se comportă ca un sistem de oscilatoare neliniare – un oscilator somn-veghe, oscilațiile ceasului biologic și modelul lumină-întuneric care ajunge la creierul nostru prin ochi.

Ei explică modul în care oscilatorul somn-veghe nu urmează, în general, un model de 24 de ore, ci interacțiunea cu ceasul biologic și modelul lumină-întuneric este cea care ne menține aliniați la ciclul zi-noapte printr-un proces cunoscut sub numele de antrenare.

Pentru a explora mai departe modul în care interacționează aceste oscilații, cercetătorii au efectuat simulări matematice folosind modelul 2PM plus lumină. Aceste simulări sugerează că trăitul în interior cea mai mare parte a zilei și menținerea luminilor aprinse seara perturbă sistemul oscilator, perturbându-ne somnul. Simulările le-au permis să prezică o serie de comportamente, cum ar fi schimbarea somnului după expunerea la lumină noaptea târziu sau dificultățile de a dormi regulat.