Молодые долго спят, пожилые встают рано — всё объясняется математикой

Учёные из Университета Суррея проанализировали, как работает двухпроцессная модель регуляции сна и дополнили её влиянием света. Об этом сообщает npj Biological Timing and Sleep. Оказалось, что даже небольшие изменения в освещении, биологии или режиме могут резко сдвинуть время сна и пробуждения.

Модель основана на двух процессах: накоплении потребности во сне в течение бодрствования и работе 24-часовых биологических ритмов. С помощью дифференциальных уравнений исследователи описали, как мозг переключается между сном и бодрствованием, и как это зависит от возраста. Например, нестабильный сон младенцев объясняется переходом от полифазного режима ко взрослому по так называемой "лестнице дьявола" — феномену из теории колебаний.

Дополнение модели влиянием света показало, почему подростки засыпают и просыпаются позже: у них медленно растёт давление сна, а яркий свет вечером ещё сильнее сдвигает ритм. Также модель объясняет, почему пожилые люди просыпаются рано — не из-за часов, а из-за изменения взаимодействия систем контроля сна.

Математика позволяет оценить и предсказать, как осцилляторы сна и бодрствования взаимодействуют с циркадными ритмами и светом, и почему многие из нас не могут проснуться в нужное время. Такой подход открывает путь к персонализированным рекомендациям для улучшения сна.