Математическая модель объясняет, почему биоритмы меняются с возрастом

Почему одни дети регулярно спят днем, а другие — пропускают сон, почему подростки засыпают поздно, а пожилые люди встают рано? На эти вопросы ученые смогли ответить с помощью математической модели.

Двухпроцессорная модель, которая объясняет биоритмы

Источник: Biological Timing and Sleep

Исследователи из университета Суррея (Великобритания) применили математическое моделирования для объяснения привычек, которые касаются сна. Например, почему подростки ложатся спать и встают позже, чем дети помладше. Результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Biological Timing and Sleep.

За основу исследования ученые взяли двухпроцессную модель регуляции сна (2 РМ), которая была предложена в 1980-х годах. Эта модель показывает, что на наш сон влияют два фактора: потребность в сне, которая увеличивается по мере бодрствования и уменьшается во время сна, а также почти 24-часовой ритм внутренних биологических часов.

Исследователи зафиксировали процессы, которые происходят в мозге, когда он переходит из состояния сна в состояние бодрствования. Помимо этого они объединили математические модели, описывающие это состояние, с моделями влияния света на биологические часы. Это помогло им объяснить, почему многие явления, связанные со сном, вызваны сочетанием внутренних физиологических процессов и воздействия окружающей среды.

Ученые доказали, что модель «2PM plus light» ведет себя как система нелинейных осцилляторов — осциллятор сна и бодрствования, колебания биологических часов и чередования света и темноты, которые действуют на мозг через глаза. Исследователи пояснили, что цикл сна и бодрствования синхронизируется с 24-часовым ритмом.

Яркий свет по ночам влияет на нарушение сна

Источник: Freepik

Эта комплексная модель помогла объяснить следующие закономерности:

• почему подростки ложатся спать позже — более медленное нарастание давления сна во время бодрствования, а также влияние яркого света позволяет им дольше не ложиться спать;

• почему с возрастом люди просыпаются раньше — дело не только в изменениях в биочасах, но и в том, что разные системы, контролирующие сон, изменяются с возрастом под влиянием окружающей среды и индивидуальных биологических особенностей человека; 

• почему некоторым людям сложно вовремя ложиться спать и просыпаться рано — дело не в том, что их биочасы сбились, а в том, что свет или биологические факторы сдвигают время сна;

• почему, если мы долго не выключаем свет вечером, нам сложно уснуть — освещение нарушает работу осцилляторной системы и сбивает сон.

Ученые делают вывод, что многие проблемы со сном можно решить, если мы понимаем, как небольшие изменения в освещении, распорядке дня и биологических факторах влияют на наш сон.

Ранее Наука Mail рассказывала о том, как ученые проследили активацию сна во время пробуждения.