Скачать Математика отвечает за здоровый сонПочему нам трудно заснуть? И поможет ли этот новый способ проспать всю ночь? А сон может избавиться от простуды? Несмотря на десятилетия исследований, исчерпывающие ответы на эти важнейшие вопросы о функционировании нашего организма так и не найдены. На самом деле, учёные всё ещё не до конца понимают, почему мы вообще спим. Исследователи Ренсселаерского политехнического института (RPI) обратились к совершенно новому методу изучения цикла «сон-бодрствование» и причин его сбоев. Они использовали математику.

Профессор математики Марк Холмс (Mark Holmes) вместе со своей аспиранткой Лизой Роджерс (Lisa Rogers) используют математику для разработки новой компьютерной модели, приемлемой для использования другими учёными и врачами с целью предсказания влияния различных экологических, медицинских и физических изменений на сон человека. Их модель также способна представить основные динамические процессы цикла «сон-бодрствование».

«Мы хотели создать междисциплинарный инструмент, позволяющий понять цикл «сон-бодрствование», – заявил Холмс. – «В качестве основания для модели мы взяли самые лучшие и самые последние биологические разработки нейробиологов для разных этапов цикла и построили математические уравнения, основанные на этих разработках. Это позволило создать математически и биологически точную модель, полезную для учёных из разных областей науки».

«Это также является важным примером того, как прикладная математика может быть использована для решения реальных проблем в области науки и медицины», – продолжил Холмс.

Чтобы создать модель, исследователи, в буквальном смысле, засучили рукава и заперли себя в лаборатории, прежде чем математические уравнения были записаны на листе бумаги. Роджерс провела прошлое лето с нейробиологами из Гарвардской медицинской школы, чтобы узнать больше о биологии мозга. Она изучала роль конкретных нейтротрансмиттеров головного мозга в различные моменты цикла «сон-бодрствование». В ходе работ математик научилась читать данные ЭЭГ (электроэнцефалографии) и ЭМГ (электромиографии), содержащие информацию о мозговых волнах и мышечной деятельности, возникающих в разные этапы цикла. Эти биологические данные и лягут в основу математических расчётов.

Исследование позволило рабочей группе разработать 11 математических уравнений для изучаемого биологического цикла. В настоящее время учёные работают над созданием основанной на выведенных уравнениях графической компьютерной модели для биологов и врачей.

«Мы разработали модель, которая послужит другим исследователям в качестве стандарта идеального, здорового цикла «сон-бодрствование», – утверждает Холмс. – «Учёные смогут пользоваться этой моделью и предсказывать, как различные факторы, такие как кофеин или нарушение суточного ритма организма, повлияют на идеальный цикл. Это неинвазивный способ исследования мозга и сна, который предоставит важную информацию о том, как преодолеть возможные нарушения и добиться спокойного здорового сна».

Роджерс будет продолжать работу над программой после получения докторской степени в области прикладной математики. Её математическое исследование биологического цикла уже привлекло внимание научного сообщества, «наградив» учёную докторской исследовательской стпендией Национального научного фонда (NSF). Роджерс продолжит разработку модели в Нью-Йоркском университете, включая в неё новые параметры – воздействие циркадианных ритмов, например.

Источник: physorg.com

загрузка...