Вы когда-нибудь задумывались, почему ваш ребёнок может уснуть прямо на полу среди игрушек, а пожилой родственник бодро встречает рассвет, пока вы только начинаете ворочаться в постели? Оказывается, ответ кроется не только в биологии — но и в… математике.
В новом исследовании, проведённом учёными из Университета Суррея (University of Surrey), специалисты попытались математически смоделировать, как в нас взаимодействуют внутренние биоритмы, потребность во сне и внешние световые сигналы. И кое-что в этой формуле оказалось неожиданным.
Свет, графики и загадка «дьявольской лестницы»
Исследование, опубликованное в журнале «Journal of Biological Rhythms», строится на классической двухпроцессной модели сна, впервые описанной в 1980-х. Эта система — своего рода внутренние «весы», где одна чаша — давление сна, растущее по мере бодрствования, а другая — циркадные ритмы, «встроенные» в нас почти на 24 часа.
Команда из Университета Суррея (University of Surrey) взяла эту модель, добавила к ней воздействие искусственного света, и на выходе получила куда более точную и жизненную картину. Причём настолько живую, что даже может объяснить странности поведения детей, например, то, как у них «пропадают» дневные сны в непредсказуемом порядке. Этот эффект известен среди теоретиков осцилляций как «лестница дьявола» — жуткое название, но, признаемся, очень точное.
Энн Скелдон (Anne Skeldon), ведущий автор исследования и научный сотрудник в области прикладной математики, рассказывает:
«Эта модель показывает, как из мельчайших сдвигов — будь то в режиме дня, биологии или освещении — складывается целая судьба нашего сна. Это как настроить фортепиано по одному расстроенному ключу — и вся мелодия звучит иначе».
Почему подростки не спят по ночам, а бабушки встают ни свет ни заря?
Модель неожиданно дала ответ на вопрос, мучающий родителей по всему миру: почему подростки никак не могут заснуть вовремя?
Всё дело в том, что у них медленнее нарастает «сонливое давление». А если ещё и свет в комнате яркий — особенно от экранов — то биологические часы подталкиваются дальше и дальше, отодвигая засыпание. Вуаля: полночь, а он/она ещё бодр и печатает что-то на телефоне.
Что касается пожилых людей — тут тоже не всё так однозначно. Оказалось, что ранние пробуждения с возрастом — не обязательно результат «сдвига часов» как раньше считалось. Это может быть сложный танец между ослабленным влиянием света, изменениями в мозге и самой моделью взаимодействия систем, регулирующих сон.
Осцилляторы, свет и… математика, которая может вас разбудить
Согласно авторам, вся эта модель работает как некий нелинейный осциллятор — колебательная система, реагирующая на свет и внутренние сигналы. Это как маятник, который слегка расшатывают внешние воздействия — и он сбивается с привычного ритма.
Математические симуляции показали, что длительное пребывание при свете вечером может буквально «сломать» привычный ритм сна. Всё нарушается: засыпание сдвигается, проснуться трудно, фаза глубокой фазы сна укорачивается.
Дерк-Джейн Дейк (Derk-Jan Dijk), соавтор исследования и директор Исследовательского центра сна Университета Суррея (Surrey Sleep Research Centre, University of Surrey), подчёркивает:
«Сон — это очень личное и в то же время невероятно сложное явление. С помощью математики мы можем не просто описать это, но и предложить практические решения: от оптимального времени отключения гаджетов до архитектуры освещения в домах».
Что это значит для нас — простых людей с будильником
Звучит, конечно, как наука из учебников. Но практический смысл — на поверхности. Модель открывает двери к персонализированным рекомендациям: светотерапия, адаптивное освещение, графики, учитывающие индивидуальные особенности биоритмов.
Главное — осознание, что у каждого из нас свои «весы сна». И иногда, чтобы вернуть себе нормальный ритм, достаточно не таблетки, а выключенного экрана за час до сна.
Вывод? Свет — не просто яркость, а дирижёр нашего сна
Эта математическая модель может стать шагом к созданию программ, которые помогут людям всех возрастов спать лучше — по-настоящему, а не просто дольше.
И, возможно, в будущем мы будем настраивать свой ритм сна так же, как сейчас выбираем плейлист перед сном. Только теперь с научной точностью.
Литература.
“The complexity and commonness of the two-process model of sleep regulation from a mathematical perspective” by Anne Skeldon et al. npj Biological Timing and Sleep
