فرمول های یک خواب خوش ، تکلیف معادله دیفرانسیل در زندگی روشن شد - آرش بلاگ

به گزارش آرش بلاگ، دانشمندان برای رفع مسائل خواب در انسان ها تصمیم گرفتند از معادلات دیفرانسیلی استفاده کنند.

به گزارش خبرنگار فناوری آرش بلاگ، از آنجایی که کاربرد علوم مختلف در زندگی روزمره یکی از سوالات پرتکرار و همیشگی محصلان در کلاس های درس است بر آن شدیم تا بخشی از کاربرد های علوم گوناگون را به تفکیک مطرح کنیم. این قسمت بهترین فرمول ها برای داشتن خواب خوش!

عجیب است که برای خوابیدن بچه ها در شب باید به خود ببالیم و برای بیدار شدن نوجوانان قبل از ظهر باید هدیه ای گران قیمت برایشان در نظر بگیریم. در سال های طلایی زندگی ما، مایه شگفتی است که خواب اینقدر زودگذر به نظر می رسد و چرت زدن به آسانی نفس کشیدن است. اسرار خواب چنین است.

اما این اسرار خواب برای بیشتر مردم چیزی بیش از شگفتی و رنج نیست. مرکز کنترل بیماری ها (CDC) گزارش داده است که 70 میلیون آمریکایی از مسائل مزمن خواب از بی خوابی و آپنه خواب تا حمله خواب، سندروم پای بی قرار و اختلالات ریتم شبانه رنج می برند. علاوه بر این، براساس گروه مسائل خواب CDC، محرومیت از خواب، با انواع آسیب ها، امراض مزمن، بیماری های روانی، کیفیت ضعیف زندگی و بهزیستی، افزایش هزینه های مراقبت بهداشتی و از دست رفتن بهره وری کاری همراه است. این گروه گسترش و تاثیر خواب ناکافی و مسائل خواب را بررسی کرده است.

برای کمک به رفع چنین مسائلی، زیست شناسان، دانشمندان علوم رفتاری، علوم اعصاب و حتی سازندگان تشک، برای سال ها اسرار خواب، شب بیداری و مسائل خواب را مطالعه کرده اند. اما اخیرا، محققان متوجه شدند که یک قانون لازم دیگر که باید در رویکرد های مشارکتی مربوط به مسائل خواب وجود داشته باشد، ریاضیات است.

جنت بست، ریاضیدان دانشگاه ایالت اوهایو در 10 ساله گذشته وقت خود را صرف مطالعه چرخه خواب و بیداری با استفاده از مدل های ریاضی کرده است.

او توضیح داد: برای درک خواب، ما سعی می کنیم سوالات زیست شناسی را از دیدگاه ریاضیاتی (معمولا سیستم های معادلات دیفرانسیلی) دوباره فرمول بندی کنیم. خواب هم منظم و هم تصادفی است. منظم است، چون به طور کلی در یک ساعت از روز می خوابیم. بخش تصادفی در بچه ها رخ می دهد که به نظر می رسد هیچ الگوی خاصی برای چرخه خواب و زمان بیدار شدن در طول شب ندارند. من تحقیق کرده ام که چگونه ساختار های عصبی در مغز بر گذر های تصادفی و منظم بین خواب و بیداری تأثیر می گذارد.

با توصیف از طریق معادلات ویژگی های نورون های درگیر در مدار خواب و بیدار مغز، بهترین الگو های ریاضیاتی که بیانگر راه هایی که نورون ها در تعامل و تاثیرگذاری بر یکدیگر قرار دارند، توسعه داده شده است. او مدل های خود را با پیش بینی هایی که زیست شناسان براساس داده های مربوط به مطالعات انسان و موش جمع آوری کردند، تایید می کند. (با کمال تعجب الگوی خواب نوزادان موش، تغییراتی مشابه الگوی خواب نوزادان انسان دارند، اما معین نیست که الگوی خواب موش صحرایی بالغ چقدر شبیه به انسان است.) بعد از اعتبارسنجی، می توان از مدل بست برای آزمایش ایده هایی در مورد الگوی های خواب و بیداری استفاده کرد.

بست گفت: ایده این است که ببینیم مردم چگونه به طور عادی می خوابند، بنابراین می توانیم بفهمیم چه زمانی چه مواردی اشتباه هستند. در طول شب، ما کشمکشی میان خواب و بیداری تجربه می کنیم. متغیر هایی وجود دارد که ما از آن آگاه هستیم، اما درواقع تغییرات بیشتری اتفاق می افتد. ما فقط قسمت های طولانی تری از خواب را به یاد می آوریم. با این حال هر دوقسمت کوتاه و طولانی اتفاق می افتد و من سعی دارم آن را درک کنم. متخصصان تجربی داده های مربوط به این دوره های بیداری و خواب را جمع آوری می کنند. از آنجا که طول دوره خواب و بیدار شدن و گذر بین آن ها برخی رفتار های منظم و تصادفی را نشان می دهد، معادلات دیفرانسیل باید هر دو جنبه را در نظر بگیرد.

بست، زمانی به مطالعه خواب علاقمند شد که در یک تصادف با دوچرخه دچار آسیب دیدگی جدی شد. پس از آن او آغاز به تجربه خواب و بیداری در یک زمان کرد. به عبارت دیگر، وقتی بیدار بود رویا هایی می دید. همچنین، بعد از تصادف بست، مغز او ذخیره خاطرات و رویا ها را به یک شیوه آغاز کرد؛ بنابراین تشخیص آن ها از یکدیگر برای او سخت بود. با این حال ادبیات پزشکی زمان می گوید که تجربه او غیرممکن است.

وی گفت: چند سال پیش، تاکید بر الگو های منظم بود. اکنون جنبه های تصادفی خواب بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. مدل ها اکنون بر اساس فیزیولوژی اساسی واقعی پایدار هستند.

بست و همکارانش برای ساخت چنین مدل هایی در همکاری با غیرریاضیدانان تلاش می کنند. بست می گوید: شما نیاز به تعامل زیادی با زیست شناسان و دانشمندان علوم پزشکی دارید و باید با افرادی که داده ها را تولید می کنند مکالمه کنید. اگر من فقط به خواندن مقاله ها اعتماد داشته باشم، نمی توانم همه فرضیه های اساسی و نحوه جمع آوری داده ها را بفهمم، و این می تواند تأثیر بسزایی در نحوه تدوین مدل های ریاضی بگذارد.

مری آن هورن مدیر برنامه علوم ریاضیات NSF گفت: درک چرخه خواب و بیداری می تواند تاثیر به سزایی بر ایجاد دانش بهتر پویایی مغز و به نوبه خود، بر چگونگی تعامل و عملکرد سیستم ها و در کل یک ارگانیسم فیزیولوژیکی داشته باشد. تحقیقاتی که شامل همکاری بین دانشمندان ریاضی و زیست شناسی می شود، نتیجه هایی به دست می دهد که نه تنها مدل سازی و تحلیل زیست شناسی را بهبود می دهد بلکه تحولات جدید در ریاضی را نیز تحریک می کند.

تا به امروز، مدل های چرخه خواب و بیداری که توسط بست و همکارانش ایجاد شده است، نشان می دهد که ساختار شبکه عصبی بر زمان وقوع خواب و بیداری تأثیر می گذارد. یافته هایی نظیر این در مورد پدیده خواب های عجیب و غریب ممکن است کمی بیشتر به درک ما در مورد مکانیسم خواب و بیداری کمک کند و از این طریق از توسعه مدل های این مکانیسم پشتیبانی می کند. درنهایت، چنین مدل هایی ممکن است محققان را در ایجاد درمان های بی خوابی، دارو های مؤثر برای اختلالات خواب ناشی از بیماری پزشکی کمک کند. تجزیه و تحلیل و مقایسه آن با داده های جدید محققان را قادر می سازد تا درک جدیدی از نحوه عملکرد خواب و بیداری داشته باشند.