Modèle mathématique du sommeil
Malgré toutes les avancées de la médecine moderne, les scientifiques reconnaissent que notre compréhension du sommeil est au mieux limitée.
Réponses à des questions de base telles que "Pourquoi ne puis-je pas m'endormir?" ou "pourquoi ai-je besoin de dormir?" restent inconnus.
Dans un effort pour mieux comprendre le cycle veille-sommeil, les chercheurs de l'Institut polytechnique Rensselaer se tournent vers les mathématiques plutôt que vers les scanners cérébraux traditionnels et les études du sommeil.
Le professeur de mathématiques Mark Holmes et son étudiante diplômée Lisa Rogers ont développé un modèle informatique qui peut être facilement manipulé par d’autres scientifiques et médecins pour prédire comment les changements environnementaux, médicaux ou physiques affecteront le sommeil d’une personne.
Leur modèle fournira également des indices sur la dynamique la plus élémentaire du cycle veille-sommeil.
«Nous voulions créer un outil très interdisciplinaire pour comprendre le cycle veille-sommeil», a déclaré Holmes.
«Nous avons basé le modèle sur les meilleures et les plus récentes découvertes biologiques développées par les neurobiologistes sur les différentes phases du cycle et avons construit nos équations mathématiques à partir de cette base. Cela a créé un modèle qui est à la fois mathématiquement et biologiquement précis et utile à une variété de scientifiques.
«C'est aussi un exemple important de la façon dont les mathématiques appliquées peuvent être utilisées pour résoudre de vrais problèmes en science et en médecine», a poursuivi Holmes.
Pour créer le modèle, les chercheurs ont littéralement retroussé leurs manches et se sont rendus au laboratoire avant de mettre un crayon sur papier sur les équations mathématiques. Rogers a passé l'été dernier avec des neurobiologistes de la Harvard Medical School pour en apprendre davantage sur la biologie du cerveau. Elle a étudié le rôle de neurotransmetteurs spécifiques dans le cerveau à différents moments du cycle veille-sommeil.
Le travail a enseigné à Rogers comment lire les données EEG (électroencéphalographie) et EMG (électromyographie) sur les ondes cérébrales et l'activité musculaire qui se produit pendant le cycle de sommeil. Ces données biologiques constitueraient la base de leurs calculs mathématiques.
Cette base de recherche a permis à l'équipe de développer un modèle massif à 11 équations du cycle veille-sommeil. Ils travaillent maintenant à saisir ces équations différentielles dans un modèle informatique graphique facile à utiliser que les biologistes et les médecins peuvent étudier.
«Nous avons développé un modèle qui peut servir d'autres chercheurs comme référence du cycle veille-sommeil idéal et sain», a déclaré Holmes.
«Les scientifiques pourront utiliser ce modèle idéal et prédire comment différentes perturbations telles que la caféine ou le décalage horaire auront un impact sur ce cycle idéal. Il s'agit d'une manière très non invasive d'étudier le cerveau et le sommeil qui fournira des indices importants sur la façon de surmonter ces perturbations et permettra aux patients de mieux dormir et de mieux dormir.
Source: Institut polytechnique Rensselaer
