Vous vous demandez pourquoi les bébés font la sieste certains jours mais pas les autres? Ou pourquoi les personnes âgées se réveillent plus tôt? La modélisation mathématique de la réglementation du sommeil offre des réponses surprenantes à ces questions et à d'autres, selon une nouvelle étude de l'Université de Surrey.
Dans un article publié dans Biological Timing and Sleep, les chercheurs ont analysé la structure mathématique du modèle à deux processus (14 h) de la régulation du sommeil, qui a été proposée pour la première fois dans les années 1980. Le 14 h explique comment nos habitudes de sommeil sont façonnées par deux facteurs – une pression pour dormir qui construit plus de temps, nous sommes éveillés et diminue pendant le sommeil, et le rythme proche de 24 heures de notre horloge corporelle interne.
L'équipe de recherche de Surrey a utilisé les mathématiques pour montrer comment le 14 heures reflète ce qui se passe dans le cerveau lorsque les gens basculent entre le sommeil et l'éveil. Ils ont montré que le 14 heures aide à expliquer pourquoi les bébés à certaines étapes de développement sonnent certains jours et non sur d'autres, un phénomène appelé « l'escalier du diable » par les théoriciens de l'oscillateur. Et que le même modèle peut expliquer les schémas de sommeil chez les espèces non humaines.
L'équipe de recherche a également combiné les mathématiques de la commutation vedette avec les mathématiques des effets de la lumière sur l'horloge biologique. Ce modèle intégré aide à expliquer combien de phénomènes de sommeil sont causés par une combinaison de processus physiologiques internes et de l'environnement. Par exemple, le modèle aide à expliquer pourquoi les adolescents ont tendance à s'endormir et à se lever plus tard que les jeunes enfants. Une augmentation plus lente de la pression du sommeil pendant le sillage signifie qu'ils peuvent rester plus longtemps et une exposition à une lumière vive le soir peut pousser le sommeil encore plus en arrière. Le modèle propose également de nouvelles façons de penser à d'autres modèles communs. Une constatation surprenante est que le réveil plus tôt à mesure que nous vieillissons peut ne pas être entraîné principalement par des modifications de l'horloge corporelle, comme le supposait souvent. Au lieu de cela, cela pourrait résulter de la façon dont les différents systèmes qui contrôlent le sommeil interagissent – et comment ces interactions changent avec l'âge, l'environnement et la biologie individuelle.
Le travail de l'équipe montre que ce modèle léger à 14 h Plus offre un moyen de comprendre pourquoi certaines personnes ont du mal à se réveiller tôt ou de dormir à des moments socialement attendus – non pas parce que leur horloge corporelle est cassée, mais parce que leur environnement (léger) ou leur biologie pousse leur sommeil plus tard.
Ce modèle nous donne l'espoir que les problèmes de sommeil peuvent être mieux compris et abordés. En utilisant les mathématiques, nous pouvons voir comment de petits changements de lumière, de routine ou de biologie changent notre sommeil et tester les moyens pratiques de soutenir un meilleur sommeil pour tout le monde. C'est un pas vers des solutions plus personnalisées et efficaces qui améliorent la vie quotidienne des gens. «
Professeur Anne Skeldon, chef de la School of Mathematics de l'Université de Surrey et auteur principal de l'étude
En utilisant les mathématiques, les chercheurs ont pu montrer que le modèle de lumière plus 14h plus se comporte comme un système d'oscillateurs non linéaires – un oscillateur veille-sommeil, les oscillations de l'horloge corporelle et le motif de londir qui atteint notre cerveau à travers nos yeux.
Ils expliquent comment l'oscillateur veille du sommeil ne suit généralement pas un motif de 24 heures, mais c'est l'interaction avec l'horloge corporelle et le motif de clairs légers qui nous maintient alignés sur le cycle de jour nocturne à travers un processus appelé entraînement.
Pour explorer davantage comment ces oscillations interagissent, les chercheurs ont exécuté des simulations mathématiques en utilisant le modèle léger de 14 heures plus. Ces simulations suggèrent que vivre dans la majeure partie de la journée et garder les lumières allumées le soir perturbe le système d'oscillateur, perturbant notre sommeil. Ces simulations leur ont permis de prédire une gamme de comportements, comme le changement de sommeil après une exposition à la lumière en fin de soirée ou de avoir du mal à dormir régulièrement.
Le professeur Derk-Jan Dijk, co-auteur de l'étude et directeur du Surrey Sleep Research Center de l'Université de Surrey, a déclaré:
« Ce travail montre comment les mathématiques peuvent apporter de la clarté à quelque chose d'aussi complexe et personnel que le sommeil. Avec les bonnes données et modèles, nous pouvons donner des conseils plus personnalisés et développer de nouvelles interventions pour améliorer les habitudes de sommeil pour ceux dont le repos est affecté par les routines modernes, le vieillissement ou les conditions de santé. »
