Mô hình toán học về giấc ngủ

Bất chấp tất cả những tiến bộ của y học hiện đại, các nhà khoa học thừa nhận rằng hiểu biết của chúng ta về giấc ngủ là rất hạn chế.

Câu trả lời cho những câu hỏi cơ bản như "tại sao tôi không thể ngủ?" hoặc "tại sao tôi cần phải ngủ?" vẫn chưa được biết.

Trong một nỗ lực để hiểu rõ hơn về chu kỳ ngủ-thức, các nhà nghiên cứu tại Viện Bách khoa Rensselaer đang chuyển sang toán học hơn là quét não truyền thống và nghiên cứu giấc ngủ.

Giáo sư toán học Mark Holmes và nghiên cứu sinh Lisa Rogers của ông đã phát triển một mô hình máy tính có thể dễ dàng thao tác bởi các nhà khoa học và bác sĩ khác để dự đoán những thay đổi về môi trường, y tế hoặc thể chất sẽ ảnh hưởng đến giấc ngủ của một người như thế nào.

Mô hình của họ cũng sẽ cung cấp manh mối về các động lực cơ bản nhất của chu kỳ ngủ-thức.

Holmes nói: “Chúng tôi muốn tạo ra một công cụ liên ngành để hiểu chu kỳ ngủ-thức.

“Chúng tôi dựa trên mô hình dựa trên những phát hiện sinh học tốt nhất và gần đây nhất được phát triển bởi các nhà sinh học thần kinh về các giai đoạn khác nhau của chu kỳ và xây dựng các phương trình toán học của chúng tôi từ nền tảng đó. Điều này đã tạo ra một mô hình chính xác cả về mặt toán học và sinh học và hữu ích cho nhiều nhà khoa học.

“Đây cũng là một ví dụ quan trọng về cách toán học ứng dụng có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề thực tế trong khoa học và y học,” Holmes tiếp tục.

Để tạo ra mô hình, các nhà nghiên cứu đã thực sự xắn tay áo và mang đến phòng thí nghiệm trước khi họ đặt bút chì lên giấy để viết các phương trình toán học. Rogers đã dành mùa hè năm ngoái với các nhà sinh học thần kinh tại Trường Y Harvard để tìm hiểu về sinh học của não. Cô đã nghiên cứu vai trò của các chất dẫn truyền thần kinh cụ thể trong não tại các điểm khác nhau trong chu kỳ ngủ - thức.

Công việc đã dạy Rogers cách đọc dữ liệu EEG (điện não đồ) và EMG (điện cơ) về sóng não và hoạt động cơ xảy ra trong chu kỳ ngủ. Dữ liệu sinh học này sẽ tạo thành nền tảng cho các phép tính toán học của họ.

Nền tảng nghiên cứu này cho phép nhóm phát triển một mô hình 11 phương trình khổng lồ của chu kỳ ngủ-thức. Hiện họ đang làm việc để nhập các phương trình vi phân đó vào một mô hình máy tính đồ họa dễ sử dụng cho các nhà sinh học và bác sĩ nghiên cứu.

Holmes cho biết: “Chúng tôi đã phát triển một mô hình có thể phục vụ các nhà nghiên cứu khác như một tiêu chuẩn của chu kỳ ngủ-thức lý tưởng và lành mạnh.

“Các nhà khoa học sẽ có thể lấy mô hình lý tưởng này và dự đoán các rối loạn khác nhau như caffeine hoặc máy bay phản lực sẽ tác động đến chu kỳ lý tưởng đó như thế nào. Đây là một cách rất không xâm lấn để nghiên cứu não bộ và giấc ngủ, sẽ cung cấp những manh mối quan trọng về cách vượt qua những rối loạn này và cho phép bệnh nhân có giấc ngủ ngon hơn và không bị quấy rầy ”.

Nguồn: Học viện bách khoa Rensselaer