গণিত ব্যাখ্যা করে কেন শিশুরা দিনের বেলায় ঘুমায়, কিশোর-কিশোরীরা কেন দেরিতে ঘুমায় এবং বয়স্করা কেন তাড়াতাড়ি ঘুম থেকে ওঠে

কখনও ভেবে দেখেছেন কেন শিশুরা কিছু দিন ঘুমায় কিন্তু অন্যদিন ঘুমায় না? অথবা বয়স্করা কেন আগে ঘুম থেকে ওঠে? সারে বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি নতুন গবেষণায় দেখা গেছে, ঘুম নিয়ন্ত্রণের গাণিতিক মডেলিং এই এবং অন্যান্য প্রশ্নের অপ্রত্যাশিত উত্তর প্রদান করে।

npj Biological Timing and Sleep- এ প্রকাশিত একটি গবেষণাপত্রে, গবেষকরা ঘুম নিয়ন্ত্রণের দ্বৈত-প্রক্রিয়া মডেল (2PM) এর গাণিতিক কাঠামো বিশ্লেষণ করেছেন, যা প্রথম 1980-এর দশকে প্রস্তাবিত হয়েছিল। 2PM ব্যাখ্যা করে যে কীভাবে আমাদের ঘুমের ধরণ দুটি কারণ দ্বারা গঠিত হয়: ঘুমের চাপ, যা আমরা যত বেশি সময় ধরে জাগ্রত থাকি তত বৃদ্ধি পায় এবং ঘুমের সময় হ্রাস পায়, এবং আমাদের অভ্যন্তরীণ জৈবিক ঘড়ির সার্কাডিয়ান ছন্দ, যা প্রায় 24 ঘন্টা স্থায়ী হয়।

সারে দলটি গণিত ব্যবহার করে দেখিয়েছে যে দুপুর ২টা ঘুম এবং জাগ্রততার মধ্যে পরিবর্তনের সময় মস্তিষ্কের প্রক্রিয়াগুলিকে কীভাবে প্রতিফলিত করে। তারা দেখিয়েছে যে মডেলটি ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করে যে বিকাশের নির্দিষ্ট পর্যায়ে থাকা শিশুরা কেন শুধুমাত্র নির্দিষ্ট দিনে ঘুমায় - দোলক বিজ্ঞানীদের মধ্যে "শয়তানের সিঁড়ি" নামে পরিচিত একটি ঘটনা। একই মডেল প্রাণীদের ঘুমের ধরণ ব্যাখ্যা করে।

গবেষকরা ঘুম-জাগরণের সুইচের গণিতের সাথে আলো কীভাবে জৈবিক ঘড়িকে প্রভাবিত করে তার গণিতকেও একত্রিত করেছেন। এই সমন্বিত মডেলটি অভ্যন্তরীণ শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়া এবং পরিবেশের সংমিশ্রণ দ্বারা কতগুলি ঘুমের ঘটনা নির্ধারিত হয় তা ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করে।

উদাহরণস্বরূপ, মডেলটি ব্যাখ্যা করে কেন কিশোর-কিশোরীরা ছোট বাচ্চাদের তুলনায় ঘুমিয়ে পড়ে এবং দেরিতে ঘুম থেকে ওঠে। জাগ্রত অবস্থায় ঘুমের চাপ ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পেলে তারা বেশিক্ষণ জেগে থাকতে পারে এবং সন্ধ্যায় উজ্জ্বল আলোর সংস্পর্শে ঘুম আরও বিলম্বিত হয়।

এই মডেলটি অন্যান্য সাধারণ ধরণ সম্পর্কেও নতুন অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে। একটি আশ্চর্যজনক আবিষ্কার: বৃদ্ধ বয়সে প্রাথমিক জাগরণ জৈবিক ঘড়ির পরিবর্তনের দ্বারা খুব বেশি প্রভাবিত হতে পারে না, যেমনটি সাধারণত ভাবা হয়, বরং ঘুম নিয়ন্ত্রণকারী বিভিন্ন সিস্টেম কীভাবে মিথস্ক্রিয়া করে এবং বয়স, পরিবেশ এবং পৃথক জীববিজ্ঞানের সাথে এই মিথস্ক্রিয়াগুলি কীভাবে পরিবর্তিত হয় তার দ্বারা প্রভাবিত হতে পারে।

দলের কাজ দেখায় যে দুপুর ২টা + আলোর মডেলটি কেন কিছু লোকের "সামাজিকভাবে গ্রহণযোগ্য" সময়ে তাড়াতাড়ি ঘুম থেকে ওঠা বা ঘুমাতে যেতে অসুবিধা হয় তার অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে - তাদের জৈবিক ঘড়ি "ভাঙা" হওয়ার কারণে নয়, বরং তাদের (আলোর) পরিবেশ বা শারীরবিদ্যা ঘুমকে দেরিতে ঠেলে দেয় বলে।

সারে বিশ্ববিদ্যালয়ের গণিত স্কুলের প্রধান এবং গবেষণার প্রধান লেখক অধ্যাপক অ্যান স্কেলডন বলেছেন:

"এই মডেলটি ঘুমের সমস্যাগুলি আরও ভালভাবে বোঝার এবং সমাধানের আশা প্রদান করে। গণিত ব্যবহার করে, আমরা দেখতে পারি যে আলো, রুটিন বা জীববিজ্ঞানের ছোট ছোট পরিবর্তনগুলি কীভাবে ঘুমের ধরণগুলিকে পরিবর্তন করে এবং সকলের জন্য ঘুম উন্নত করার ব্যবহারিক উপায়গুলি পরীক্ষা করে। এটি আরও ব্যক্তিগতকৃত, কার্যকর সমাধানের দিকে একটি পদক্ষেপ যা মানুষের জীবনযাত্রার মান উন্নত করতে পারে।"

গণিত ব্যবহার করে, গবেষকরা দেখিয়েছেন যে 2PM + আলো মডেলটি অরৈখিক দোলকগুলির একটি সিস্টেমের মতো আচরণ করে - একটি ঘুম-জাগরণ দোলক, জৈবিক ঘড়ির দোলন এবং একটি আলো/অন্ধকার প্যাটার্ন যা চোখের মাধ্যমে মস্তিষ্কে পৌঁছায়।

বিজ্ঞানীরা ব্যাখ্যা করেন যে ঘুম-জাগরণ দোলক সাধারণত ২৪ ঘন্টার ছন্দ অনুসরণ করে না, তবে জৈবিক ঘড়ি এবং আলোক চক্রের সাথে মিথস্ক্রিয়া আমাদের "প্রবেশ" নামে পরিচিত একটি প্রক্রিয়ার মাধ্যমে দিন-রাত্রি চক্রের সাথে সুসংগত থাকতে সাহায্য করে।

এই দোলনমূলক মিথস্ক্রিয়াগুলি আরও অন্বেষণ করার জন্য, বিজ্ঞানীরা 2PM + আলো মডেল ব্যবহার করে গাণিতিক সিমুলেশন পরিচালনা করেছিলেন। সিমুলেশনগুলি দেখিয়েছিল যে দিনের বেশিরভাগ সময় ঘরের ভিতরে থাকা এবং সন্ধ্যায় উজ্জ্বল আলো জ্বালিয়ে রাখা দোলক ব্যবস্থাকে ব্যাহত করে এবং এর সাথে ঘুমকেও ব্যাহত করে। এটি তাদের বেশ কয়েকটি আচরণের পূর্বাভাস দেওয়ার অনুমতি দেয়, যেমন সন্ধ্যার আলোর সংস্পর্শে আসার পরে ঘুমের পরিবর্তন বা নিয়মিত ঘুম পেতে অসুবিধা।

গবেষণার সহ-লেখক এবং সারে বিশ্ববিদ্যালয়ের ঘুম গবেষণা কেন্দ্রের পরিচালক অধ্যাপক ডার্ক-জান ডিজক যোগ করেছেন:

"এই কাজটি দেখায় যে গণিত কীভাবে ঘুমের মতো জটিল এবং ব্যক্তিগত প্রক্রিয়াগুলির উপর আলোকপাত করতে পারে। সঠিক তথ্য এবং মডেলের সাহায্যে, আমরা আরও ভাল সুপারিশ করতে পারি এবং আধুনিক রুটিন, বার্ধক্য বা রোগের কারণে যাদের বিশ্রাম ব্যাহত হয় তাদের ঘুম উন্নত করার জন্য নতুন হস্তক্ষেপ তৈরি করতে পারি।"