Modelo matemático del sueño
A pesar de todos los avances de la medicina moderna, los científicos reconocen que nuestra comprensión del sueño es, en el mejor de los casos, limitada.
Respuestas a preguntas básicas como "¿por qué no puedo quedarme dormido?" o "¿por qué necesito dormir?" siguen siendo desconocidos.
En un esfuerzo por comprender mejor el ciclo sueño-vigilia, los investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer están recurriendo a las matemáticas en lugar de las exploraciones cerebrales tradicionales y los estudios del sueño.
El profesor de matemáticas Mark Holmes y su estudiante graduada Lisa Rogers desarrollaron un modelo de computadora que puede ser fácilmente manipulado por otros científicos y médicos para predecir cómo los cambios ambientales, médicos o físicos afectarán el sueño de una persona.
Su modelo también proporcionará pistas sobre la dinámica más básica del ciclo sueño-vigilia.
"Queríamos crear una herramienta muy interdisciplinaria para comprender el ciclo de sueño-vigilia", dijo Holmes.
“Basamos el modelo en los mejores y más recientes hallazgos biológicos desarrollados por neurobiólogos en las diversas fases del ciclo y construimos nuestras ecuaciones matemáticas a partir de esa base. Esto ha creado un modelo que es matemáticamente y biológicamente exacto y útil para una variedad de científicos.
“Este es también un ejemplo importante de cómo se pueden utilizar las matemáticas aplicadas para resolver problemas reales en la ciencia y la medicina”, continuó Holmes.
Para crear el modelo, los investigadores literalmente se arremangaron y se llevaron al laboratorio antes de poner lápiz sobre papel en las ecuaciones matemáticas. Rogers pasó el verano pasado con neurobiólogos en la Escuela de Medicina de Harvard para aprender sobre la biología del cerebro. Ella investigó el papel de neurotransmisores específicos dentro del cerebro en varios puntos del ciclo sueño-vigilia.
El trabajo le enseñó a Rogers a leer datos de EEG (electroencefalografía) y EMG (electromiografía) sobre las ondas cerebrales y la actividad muscular que se produce durante el ciclo del sueño. Estos datos biológicos formarían la base de sus cálculos matemáticos.
Esta base de investigación permitió al equipo desarrollar un modelo masivo de 11 ecuaciones del ciclo sueño-vigilia. Ahora están trabajando para ingresar esas ecuaciones diferenciales en un modelo informático gráfico fácil de usar para que lo estudien biólogos y médicos.
“Hemos desarrollado un modelo que puede servir a otros investigadores como punto de referencia del ciclo ideal y saludable de sueño-vigilia”, dijo Holmes.
“Los científicos podrán tomar este modelo ideal y predecir cómo diferentes alteraciones como la cafeína o el desfase horario afectarán ese ciclo ideal. Esta es una forma muy no invasiva de estudiar el cerebro y el sueño que proporcionará pistas importantes sobre cómo superar estas alteraciones y permitir que los pacientes tengan un sueño mejor y más tranquilo ".
Fuente: Instituto Politécnico Rensselaer
