Изучение сущности сна

Обоснование модели

Ниже приводятся как аналитические, так и вычислительные проверки для модели регуляции сна. Аналитически был обеспечен устойчивый анализ бифуркации гомеостатом сна. С вычислительной точки зрения, нужно варьировать параметры, описанные выше, для каждого компонента модели, чтобы изучить взаимосвязи между давлением сна и его продолжительностью.

Рис.10 Участок модели регуляции сна. Верхняя и нижняя пунктирная красная линия соответствует верхним и нижним пороговыми значениями, H и L, соответственно. Синяя линия представляет собой процесс S. голубая строка представляет собой процесс A( медленную волновую активность).

Гомеостатические процессы S и движение медленных волн эффективно описаны с помощью анализа устойчивого состояния. Решая дифференциальные уравнения для S и A, можно вычислить их через следующие системы, зная граничные условия для устойчивого состояния:

Эти уравнения показывают, что во время отсутствия REMS сна, медленная волновая активность отталкивается от неустойчивого стационарного состояния в точке 0 и переходит к стабильному стационарному состоянию в точке равной текущему уровню С. Во время бодрствования или REMS волновая активность переходит к стабильному стационарному состоянию в точке в каком-то небольшом положительном значении (большом отрицательном значении).

Стационарные значения процесса S задаются следующими уравнениями:

Уравнения выше показывают, что S постоянно стремиться к устойчивой стационарной точке, которая изменяется в зависимости от уровня медленной активности волн процесса А. Как правило, если параметр A мал (например, в REMS или бодрствования),то S будет монотонно расти, стремясь к 1. Если A увеличивается, устойчивые стационарные точки для S уменьшают своё значение, в результате чего S падает.

Бифуркация системы описывается внезапным изменением стационарных состояний и стабильности параметра A, когда REMS триггер включен или выключен. Переключение с REMS-off в REMS-on или ото сна к бодрствованию приводит к ослаблению параметра A, в то время пока REMS-off позволяет параметру A приблизиться к уровню S. Хоть этот режим относительно легко описывается, математические свойства этой бифуркации не до конца понятны, поскольку значения параметров R и W меняются не плавно.

Предложенная модель имеет большое значение для прогнозов сроков сна и бодрствования в зависимости от внешнего освещения. Тем не менее, ясно, что разрывы в стабильности сна являются отрицательной чертой для дальнейшего обоснования этой модели. Переход на более простую, с более понятными параметрами систему с хорошо изученной бифуркацией может стать следующим необходимым шагом, т. к. биологи и математики намерены смоделировать волны медленной активности во время сна и бодрствования.[6]

Целью изучения этой модели является установление взаимосвязи между давлением сна и его продолжительностью. Есть предположение, что лица, находящиеся под большим” давлением” сна(измеряется по амплитуде S) имеют маленькую ежедневную продолжительность сна, а лица, и наоборот.

Результаты полученные по данной модели согласуются с другими данными по изучению этого вопроса и показывают обратную зависимость между общим “давлением сна” и его продолжительностью.

Рис. 11 Результаты моделирования. Красная линия- человек, который спит мало(6 часов).Голубая- человек с большой длительностью сна(10 часов).Человек, с нормальной длительностью сна(8 часов).

Исследование показало, что предлагаемая комбинированная модель очень эффективна для регуляции сна, а также при прогнозировании времени сна и бодрствования у взрослых людей под различными условиями освещения. Аналитические и вычислительные средства были использованы, чтобы показать, что модель относительно хорошо изучена и охватывает взаимосвязь между внешним освещением и циркадным ритмом.

Другие более сложные модели включают дополнительные процессы, которые можно описать добавлением систем дифференциальных уравнений. Это часто приводит к дальнейшим осложнениям комбинированной системы, что в конечном счёте может разрушить всю систему в целом.[6] Так что дальнейшие исследования направлены на упрощение модели, сохраняя желаемое поведение.

3 модель

Третья модель, которая находится на стадии разработки- это модель полифазного сна. К сожалению вопрос о разбиении сна на множество частей на данный момент интересует немногих, но всё-таки немало известных учёных, которые практиковали эту модель и успешно.

Когда речь заходит о полифазном сне, первое имя, которое вспоминается- это имя Леонардо Да Винчи. Примечательно, что Да Винчи имел аккуратное расписание для сна, которое было названо Uberman (Сверхчеловек). Dr. Claude Stampi исследовал все режимы полифазного сна в своей книге «Why we nap» («Почему мы дремлем»), а режим Uberman он так и назвал- Сон Да Винчи. Stampi был основателем Института Исследования Хронобиологии, и бывшим моряком.Он написал ряд статей о полифазном режиме сна моряков, объединенных водну книгу «Why we nap» («Почему мы дремлем?»), опубликованную в 1992-м.

В целом полифазный сон имеет несколько режимов. Рассмотрим недостатки и достоинства каждого.

Рис. 12 Режимы сна.

На первых двух диаграммах показаны обычный привычный всем монофазный сон и двухфазный сон соответственно.

На третьей мы видим режим, названный Everyman. Этот режим обычно включает 3-хчасовой сон ночью и три двадцатиминутных перерыва на сон в течение дня. Альтернативами могут быть полтора часа ночью и четыре перерыва или же четыре часа ночью и два перерыва. Перерывы на сон должны иметь примерно одинаковое время между собой, однако не обязательно равные по продолжительности. Однако время бодрствования между перерывами не должно длиться больше шести часов.

На 4 диаграмме мы видим режим Uberman. В этом режиме человек должен спать каждые четыре часа в течении 15-30 минут, не получая глубокого сна. Этот режим похож на режим Dymaxion. Dr. Fuller создал систему из равных (эквифазных) тридцатиминутных перерывов на сон и назвал её Dymaxion. В издании Time Magazine от 11 октября 1942 года была короткая статья, посвящённая этому методу. Согласно ей, автор придерживался такого графика в течение двух лет, но потом ему пришлось бросить это занятие, потому что "его расписание противоречило расписанию его компаньонов, которые настаивали на том, что спать нужно, как нормальные люди".

Исследование, опубликованное в Journal of Sleep Research в сентябре 2002 года, касающемся эффектов, оказываемым короткими отрезками сна (napping) на производительность, показало, что 10-минутные отрезки сна зачастую улучшают производительность сильнее, чем более длинные отрезки, что даёт право на существование гипотезе, что многофазный сон полезен.

Несмотря на то, что полифазный сон изучен достаточно мало, следует упоминать об этой интересной модели сна как о перспективе развития науки сомнологии, так как режимы многофазного сна позволяют бодрствовать на несколько часов больше, чем при однофазном.

Таким образом, можно смело говорить о том, что сон самым благотворным образом влияет на нашу жизнь. Когда человек хорошо спит, он лучше себя чувствует, ему легче добиться оптимальных результатов в работе и придерживаться многих здоровых привычек, таких, как физические упражнения и рациональное питание. И как доказали учёные, сон- активнейший процесс, необходимый для поддержания жизни.

Описав в данной работе модели цикла сон-бодрствование, были наглядно показаны такие зависимости как количество и качество сна от степени усталости и интенсивности полученного света. Меняя входные параметры получилось представить кривые изменения процесса, названного гомеостатом, в зависимости от времени суток и типа спящего.

Также была представлена зависимость медленной волновой активности во время медленного сна от обмена веществ человека во время дня.

В 1( описательной) модели автор показал важность для сна таких аспектов жизни человека как социальные контакты, еда и физическая активность, влияющие на суточный ритм человека.

Затем, после описания классификации спящих, была предложена модель многофазного сна, для увеличения количества вариантов режима сна для каждого человека и его последующей оптимизации.

1)В.М. Ковальзон Психофизиология и нейрохимия сна

2)В.М. Ковальзон Основы сомнологии

3)В. М. Ковальзон, Е.Руцкова Наука сна

4)Я.И. Левин Депрессия и сон

5)А. Борбели Тайны сна

Размещено на Allbest.ru