Une matemaatiline mudel

Vaatamata kõigile kaasaegse meditsiini edusammudele tunnistavad teadlased, et meie arusaam unest on parimal juhul piiratud.

Vastused põhiküsimustele, näiteks "miks ma ei saa magama jääda?" või "miks ma üldse pean magama?" jäävad teadmata.

Püüdes une-ärkveloleku tsüklit paremini mõista, pöörduvad Rensselaeri polütehnilise instituudi teadlased pigem matemaatika kui traditsiooniliste aju-uuringute ja uneuuringute poole.

Matemaatikaprofessor Mark Holmes ja tema kraadiõppur Lisa Rogers töötasid välja arvutimudeli, mida teised teadlased ja arstid saavad hõlpsasti manipuleerida, et ennustada, kuidas keskkonnamõjud, meditsiinilised või füüsilised muutused inimese und mõjutavad.

Nende mudel annab ka vihjeid une-ärkveloleku tsükli kõige põhilisemale dünaamikale.

"Tahtsime luua väga interdistsiplinaarse tööriista une-ärkveloleku tsükli mõistmiseks," ütles Holmes.

„Lähtusime mudelist tsükli erinevatel etappidel neurobioloogide poolt välja töötatud parimatel ja uusimatel bioloogilistel leidudel ning ehitasime oma matemaatilised võrrandid sellest alusest. Nii on loodud mudel, mis on nii matemaatiliselt kui ka bioloogiliselt täpne ja kasulik paljudele teadlastele.

"See on ka oluline näide sellest, kuidas rakendusmatemaatikat saab kasutada teaduse ja meditsiini tegelike probleemide lahendamiseks," jätkas Holmes.

Mudeli loomiseks keerasid teadlased sõna otseses mõttes varrukad üles ja viisid laborisse, enne kui nad pliiatsi matemaatiliste võrrandite paberile panid. Rogers veetis möödunud suve Harvardi meditsiinikooli neurobioloogide juures aju bioloogia tundmaõppimiseks. Ta uuris spetsiifiliste neurotransmitterite rolli ajus une-ärkveloleku tsükli erinevates punktides.

Töö õpetas Rogersit lugema EEG (elektroentsefalograafia) ja EMG (elektromüograafia) andmeid unetsükli ajal tekkivate ajulainete ja lihaste aktiivsuse kohta. Need bioloogilised andmed moodustaksid nende matemaatiliste arvutuste aluse.

See uurimisfond võimaldas meeskonnal välja töötada une-ärkveloleku tsükli massiivse 11-võrrandi mudeli. Nad töötavad nüüd nende diferentsiaalvõrrandite sisestamise üle hõlpsasti kasutatavasse graafilisse arvutimudelisse, mida bioloogid ja arstid saaksid uurida.

"Oleme välja töötanud mudeli, mis võib teenida teisi teadlasi ideaalse tervisliku une-ärkveloleku tsüklina," ütles Holmes.

"Teadlased saavad selle ideaalse mudeli järgi prognoosida, kuidas erinevad häired, näiteks kofeiin või jet lag, mõjutavad seda ideaalset tsüklit. See on väga mitteinvasiivne viis aju ja une uurimiseks, mis annab olulisi vihjeid selle kohta, kuidas nendest häiretest üle saada ja võimaldada patsientidel paremat ja häireteta und. "

Allikas: Rensselaeri polütehniline instituut