Циркадные ритмы, которые управляют восстановлением смены часовых поясов, контролируются синхронизацией многих нейронных осцилляторов в головном мозге. Клетки мозга в гипоталамусе – области мозга, которая управляет циркадными ритмами – подвергаются ежедневным циклам активности.
Но после быстрого изменения часового пояса колеблющиеся циркадные кардиостимуляторы мозга неспособны мгновенно приспособиться к ритму, соответствующему новому часовому поясу.
Поэтому группа исследователей из Мэрилендского университета решила изучить, можно ли понять асимметрию смены часовых поясов между востоком и западом с помощью математических моделей этих колебаний клеток в головном мозге, и сделала несколько интересных открытий об участвующей в этом динамике, о которых они сообщают в своей статье. журнал Chaos, издательство AIP Publishing.
Подобно автомобилям, мчащимся по круговой трассе, некоторые из «циркадных кардиостимуляторов» мозга могут совершать кругооборот самостоятельно быстрее, чем другие. Но из-за их взаимного взаимодействия, разделяющего трек, эти клетки, как правило, образуют скопление трафика и перемещаются по треку как группа.
«В отсутствие контролирующего влияния, скажем,« человек с желтым флагом », группа клеток замыкает цепь в течение периода времени, который может не соответствовать точно одному дню», – объяснила Мишель Гирван, доцент физики. в Институте физических наук и технологий Мэрилендского университета.
Исследования показали, что без ежедневных колебаний солнечного света, действующего как «человек с желтым флагом» или диспетчер дорожного движения, циркадные кардиостимуляторы мозга завершают свой цикл за время, немного превышающее сутки.
«Наша математическая модель основана на такой картинке», – сказал Гирван. "Мы начинаем с явного моделирования динамики большого количества ячеек, а затем используем новый метод для упрощения этой очень большой системы до одного уравнения, которое можно легко проанализировать."
Что они обнаружили? В то время как естественный циркадный ритм среднего человека, как полагают, немного превышает 24 часа, модель команды показала, что это небольшое количество времени – порядка 30 минут – является значительным и может объяснить довольно большую асимметрию восток-запад для смены часовых поясов. восстановление, которое можно приравнять к дням путешествия через несколько часовых поясов.
Их модель также объясняет, как люди могут испытывать разную степень тяжести в ответ на быстрое перемещение между часовыми поясами. Поскольку клетки-осцилляторы нейронов у разных людей могут иметь разные свойства, в отсутствие регуляции суточным светом солнечного света «у некоторых людей может быть естественный циркадный ритм с периодом 24 часа.5 часов, в то время как у других могут быть более длинные или короткие естественные ритмы », – пояснил Гирван. "Наша модель предполагает, что разница между естественным периодом жизни человека и 24 часами влияет на то, как он испытывает смену часовых поясов."
Команда надеется, что механистическое понимание, обеспечиваемое их упрощенной моделью, «может служить руководством для разработки более глубоких качественных подходов, а также стратегий борьбы с нарушениями циркадных ритмов из-за быстрого перемещения между часовыми поясами, сменной работы или слепота ", – сказал Гирван.