Modello matematico del sonno
Nonostante tutti i progressi della medicina moderna, gli scienziati riconoscono che la nostra comprensione del sonno è limitata nel migliore dei casi.
Risposte a domande di base come "perché non riesco ad addormentarmi?" o "perché ho bisogno di dormire?" rimangono sconosciuti.
Nel tentativo di comprendere meglio il ciclo sonno-veglia, i ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute si stanno rivolgendo alla matematica piuttosto che alle tradizionali scansioni cerebrali e agli studi sul sonno.
Il professore di matematica Mark Holmes e la sua studentessa laureata Lisa Rogers hanno sviluppato un modello informatico che può essere facilmente manipolato da altri scienziati e medici per prevedere in che modo i cambiamenti ambientali, medici o fisici influenzeranno il sonno di una persona.
Il loro modello fornirà anche indizi sulle dinamiche più basilari del ciclo sonno-veglia.
"Volevamo creare uno strumento molto interdisciplinare per comprendere il ciclo sonno-veglia", ha detto Holmes.
“Abbiamo basato il modello sulle migliori e più recenti scoperte biologiche sviluppate dai neurobiologi sulle varie fasi del ciclo e abbiamo costruito le nostre equazioni matematiche da quella base. Ciò ha creato un modello che è matematicamente e biologicamente accurato e utile per una varietà di scienziati.
"Questo è anche un importante esempio di come la matematica applicata possa essere utilizzata per risolvere problemi reali nel campo della scienza e della medicina", ha continuato Holmes.
Per creare il modello, i ricercatori si sono letteralmente rimboccati le maniche e sono andati in laboratorio prima di mettere la matita su carta sulle equazioni matematiche. Rogers ha trascorso l'estate scorsa con i neurobiologi della Harvard Medical School per conoscere la biologia del cervello. Ha studiato il ruolo di neurotrasmettitori specifici all'interno del cervello in vari punti del ciclo sonno-veglia.
Il lavoro ha insegnato a Rogers come leggere i dati EEG (elettroencefalografia) ed EMG (elettromiografia) sulle onde cerebrali e sull'attività muscolare che si verifica durante il ciclo del sonno. Questi dati biologici costituirebbero la base dei loro calcoli matematici.
Questa base di ricerca ha permesso al team di sviluppare un enorme modello di 11 equazioni del ciclo sonno-veglia. Ora stanno lavorando per inserire quelle equazioni differenziali in un modello di computer grafico di facile utilizzo per biologi e medici da studiare.
"Abbiamo sviluppato un modello che può servire ad altri ricercatori come punto di riferimento del ciclo sonno-veglia ideale e sano", ha detto Holmes.
“Gli scienziati saranno in grado di prendere questo modello ideale e prevedere come diversi disturbi come la caffeina o il jet lag avranno un impatto su quel ciclo ideale. Questo è un modo molto non invasivo per studiare il cervello e il sonno che fornirà importanti indizi su come superare questi disturbi e consentire ai pazienti di dormire meglio e più indisturbati ".
Fonte: Rensselaer Polytechnic Institute
