Mathematische Modelle enthüllen Schlafmuster im Lebensverlauf

LONDON (IT BOLTWISE) – Eine neue Studie der University of Surrey zeigt, wie mathematische Modelle helfen, die Veränderungen der Schlafmuster im Laufe des Lebens zu verstehen. Von den unregelmäßigen Nickerchen von Babys über das späte Aufbleiben von Teenagern bis hin zum frühen Aufwachen älterer Menschen – die Forschung bietet neue Einblicke.

Die Wissenschaftler der University of Surrey haben das klassische Zwei-Prozess-Modell des Schlafs erweitert, um den Einfluss von Licht auf die Schlafregulation zu integrieren. Diese Erweiterung ermöglicht ein besseres Verständnis dafür, wie interne und externe Faktoren zusammenwirken, um unsere Schlafmuster zu steuern. Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass moderne Innenbeleuchtungen das empfindliche Gleichgewicht zwischen Schlafdruck, biologischer Uhr und Lichtsignalen stören können.

Das Zwei-Prozess-Modell, das in den 1980er Jahren entwickelt wurde, beschreibt, wie unser Schlaf durch zwei Hauptfaktoren beeinflusst wird: den Schlafdruck, der sich während des Wachseins aufbaut und im Schlaf abnimmt, und den fast 24-stündigen Rhythmus unserer inneren Uhr. Die Forscher nutzten mathematische Analysen, um zu zeigen, wie dieses Modell die Übergänge zwischen Schlaf und Wachzustand im Gehirn widerspiegelt.

Ein bemerkenswerter Aspekt der Studie ist die Erklärung für die Schlafgewohnheiten von Teenagern, die oft später einschlafen und aufwachen als jüngere Kinder. Dies liegt daran, dass der Schlafdruck bei Teenagern langsamer ansteigt, was ihnen ermöglicht, länger wach zu bleiben. Zudem kann die abendliche Lichtexposition den Schlafbeginn weiter verzögern.

Interessanterweise zeigt die Studie, dass das frühere Aufwachen im Alter möglicherweise nicht primär durch Veränderungen der biologischen Uhr verursacht wird, wie oft angenommen. Stattdessen könnte es das Ergebnis der Interaktion verschiedener Systeme sein, die den Schlaf steuern, und wie sich diese Interaktionen mit dem Alter, der Umgebung und der individuellen Biologie verändern.

Die Forscher führten Simulationen durch, die darauf hindeuten, dass das Leben in Innenräumen und die Nutzung von künstlichem Licht am Abend das System der Oszillatoren stören kann, was zu unregelmäßigem Schlaf führt. Diese Erkenntnisse könnten zu personalisierten und praktischen Lösungen zur Verbesserung des Schlafs für Menschen aller Altersgruppen führen.

Professor Anne Skeldon, Leiterin der School of Mathematics an der University of Surrey, betont, dass dieses Modell Hoffnung bietet, Schlafprobleme besser zu verstehen und anzugehen. Durch den Einsatz von Mathematik können kleine Veränderungen in Licht, Routine oder Biologie identifiziert werden, die den Schlaf verbessern können.

Die Studie zeigt, dass das erweiterte Modell als System nichtlinearer Oszillatoren funktioniert, das den Schlaf-Wach-Rhythmus, die Oszillationen der biologischen Uhr und das Licht-Dunkel-Muster umfasst. Diese Interaktion hält uns im Einklang mit dem Tag-Nacht-Zyklus durch einen Prozess, der als Entrainment bekannt ist.

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