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睡眠调节网络模型中睡眠昼夜节律调节的一维图。 (英语) Zbl 1367.92011号

总结:人类睡眠的时间受到24小时昼夜节律的强烈调节,睡眠周期与昼夜节拍的不同步会对健康产生负面影响。为了研究睡眠模式的昼夜节律调节以及睡眠周期与昼夜节拍的夹带动力学,我们为基于生理学的人类睡眠睡眠调节网络模型开发了一个一维映射。该图规定了第n+1天睡眠开始的昼夜节律周期的阶段,作为第n天睡眠开始昼夜节制阶段的函数。我们对睡眠-觉醒网络模型的简化版本(尽管仍然是高维的)进行了数值计算,该模型结合了最近对人类稳态睡眠驱动时间常数的测量。该图是分段连续的,由睡眠和觉醒持续时间的昼夜节律调节以及快速眼动(REM)睡眠发作的发生引起的间断。当模型参数发生变化以影响睡眠期内REM睡眠的发生时,我们对该图进行分析,并确定该图的结构随REM睡眠模式的不同而变化。具体来说,图中不连续性的变化对应于睡眠期间REM发作次数的变化。使用快-慢分解,我们利用模型的潜在分岔结构来揭示一个降维流形,该流形由图表示,模型轨迹在睡眠-睡眠周期的夹带过程中以昼夜节律在其上移动。图结构分析揭示了睡眠模式的变化,包括REM睡眠行为,因为睡眠发生在不同的昼夜节律阶段。因此,这张地图描绘了睡眠行为的昼夜节律调节及其对REM睡眠模式的影响。

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92B25型 生物节律和同步
92C20美元 神经生物学

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参考文献:

[1] E.E.Abrahamson、R.K.Leak和R.Y.Moore,《视交叉上核投射到下丘脑后部唤醒系统》,《神经报告》,12(2001),第435-440页。
[2] G.Aston-Jones、S.Chen、Y.Zhu和M.L.Oshinsky,《觉醒昼夜调节的神经回路》,《自然神经科学》。,4(2001),第732-738页。
[3] V.Booth和C.G.Diniz Behn,{睡眠/觉醒调节网络的生理学建模},数学。生物科学。,250(2014年),第54-68页·Zbl 1287.92003号
[4] M.Carskadon和W.Dement,《正常人类睡眠:概述》,载于《睡眠医学原理与实践》,M.Kryger、T.Roth和W.Devent编辑,Elsevier Saunders,费城,2011年。
[5] C.A.Czeisler和O.M.Buxton,《人类昼夜节律计时系统和睡眠(/)觉醒调节》,摘自《睡眠医学原理与实践》,M.Kryger、T.Roth和W.Dement编辑,Elsevier Saunders,费城,2011年。
[6] S.Daan、D.Beersma和A.Borbely,《人类睡眠时间:由昼夜节律起搏器控制的恢复过程》,Amer。《生理学杂志》。,246(1984),第R161-R183页。
[7] P.Dayan和L.Abbott,《理论神经科学:神经系统的计算和数学建模》,麻省理工学院出版社,马萨诸塞州剑桥,2001年·Zbl 1051.92010年
[8] T.Deboer、V.M.、L.Detarii和J.Meijer,《睡眠状态改变视交叉上核神经元的活动》,《国家神经科学》。,6(2003年),第1086-1090页。
[9] G.Deco、V.K.Jirsa、P.A.Robinson、M.Breakspear和K.Friston,《动态大脑:从尖峰神经元到神经团和皮层场》,公共科学图书馆。计算。《生物学》,4(2008),e1000092。
[10] R.Devaney,《混沌动力学系统导论》,珀尔修斯出版社,马萨诸塞州雷丁出版社,1989年·Zbl 0695.58002号
[11] M.di Bernardo、C.J.Budd和A.R.Champneys,《n维分段光滑动力系统中放牧分支的标准形映射》,Phys。D、 160(2001),第222-254页·Zbl 1067.37063号
[12] C.O.Diekman和A.Bose,《夹带图:理解昼夜振荡模型特性的新工具》,J.Biol。《节奏》,31(2016),第598-616页。(2016).
[13] D.-J.Dijk和C.A.Czeisler,《昼夜节律起搏器和睡眠稳态器对人类睡眠倾向、睡眠结构、脑电图慢波和睡眠纺锤体活动的贡献》,J.Neurosci。,15(1995年),第3526-3538页。
[14] D.-J.Dijk和S.W.Lockley,《受邀评论:人类睡眠调节和昼夜节律的整合》,J.Appl。生理学。,92(2002),第852-862页。
[15] C.G.D.Behn和V.Booth,《快速眼动睡眠动力学的快慢分析》,SIAM J.Appl。动态。系统。,11(2012),第212-242页·Zbl 1242.34085号
[16] D.Edgar、W.Dement和C.Fuller,{松鼠猴SCN损伤对睡眠的影响:睡眠-睡眠调节中对手过程的证据},《神经科学杂志》。,13(1993),第1065-1079页。
[17] G.B.Ermentrout,{作为时空模式形成系统的神经网络},Rep.Progr。物理。,61(1998),第353-430页。
[18] B.Ermentrout,《动力学系统的模拟、分析和动画制作:面向研究人员和学生的XPPAUT指南》,《软件环境》。工具,SIAM,费城,2002年·Zbl 1003.68738号
[19] I.Feinberg和T.Floyd,《人类睡眠周期的夜间系统趋势》,《心理生理学》,16(1979),第283-291页。
[20] D.B.Forger、M.E.Jewett和R.E.Kronauer,《人类昼夜节律起搏器的简单模型》,J.Biol。《节奏》,14(1999),第532-537页。
[21] R.D.Gleit、C.Diniz Behn和V.Booth,《自发内部去同步模式的个体间差异建模》,J.Biol。《节奏》,28(2013),第339-355页。
[22] D.Kaplan和L.Glass,《理解非线性动力学》,文本应用。数学。纽约施普林格,1995年·Zbl 0823.34002号
[23] R.E.Kronauer、D.B.Forger和M.E.Jewett,《勘误表:量化人类昼夜节律起搏器对明视范围内短暂、延长和重复光刺激的反应》,J.Biol。《节奏》,第15卷(2000年),第184-186页。
[24] R.W.McCarley和J.A.Hobson,《睡眠周期中的神经兴奋性调节:结构和数学模型》,《科学》,189(1975),第58-60页。
[25] R.W.McCarley和S.G.Massaquoi,REM-睡眠振荡器系统的极限循环数学模型,Amer。《生理学杂志》。,251(1986),第R1011-R1029页。
[26] R.E.Mistlberger,《哺乳动物睡眠的昼夜调节:视交叉上核的作用》,《大脑研究评论》,49(2005),第429-454页。
[27] R.Y.Moore,《昼夜节律:基本神经生物学和临床应用》,年。《医学评论》,48(1997),第253-266页。
[28] M.Nakao、H.Sakai和M.Yamamoto,《基于双过程模型动力学的内部去同步解释》,方法信息。《医学》,36(1997),第282-285页。
[29] A.B.Nordmark,{冲击振荡器中掠入射引起的非周期运动},J.Sound Vib。,145(1991),第279-297页。
[30] A.J.K.Phillips、C.A.Czeisler和E.B.Klerman,《使用睡眠生理学定量模型重新审视自发的内部不同步》,J.Biol。《节奏》,26(2011),第441-453页。
[31] A.J.K.Phillips和P.A.Robinson,《基于脑干上升唤醒系统生理学的睡眠动力学定量模型》,J.Biol。《节奏》,22(2007),第167-179页。
[32] A.J.K.Phillips和P.A.Robinson,《上升唤醒系统定量生理模型中的睡眠剥夺》,J.Theoret。《生物学》,255(2008),第413-423页·兹比尔1400.92147
[33] T.Rusterholz、R.Durr和P.Achermann,《睡眠稳态动力学的诱导间差异》,《睡眠》,33(2010),第491-498页。
[34] S.Sahar和P.Sassone-Corsi,《代谢与癌症:昼夜节律联系》,《国家癌症评论》,9(2009),第886-896页。
[35] C.B.Saper、T.C.Chou和T.E.Scammell,《睡眠开关:下丘脑对睡眠和清醒的控制》,《神经科学趋势》。,24(2001),第726-731页。
[36] C.B.Saper、T.E.Scammell和J.Lu,《睡眠和昼夜节律的下丘脑调节》,《自然》,437(2005),第1257-1263页。
[37] F.A.J.L.Scheer、M.F.Hilton、C.S.Mantzoros和S.A.Shea,{昼夜节律失调的不良代谢和心血管后果},Proc。国家。阿卡德。科学。美国,106(2009),第4453-4458页。
[38] K.Serkh和D.B.Forger,《快速纠正昼夜节律失调的最佳曝光时间表》,公共科学图书馆。计算。《生物学》,10(2014),e1003523。
[39] A.Skeldon,D.-J.Dijk和G.Derks,《睡-睡动力学的数学模型:两过程模型和相互抑制神经元模型的比较》,PLoS。One,9(2014),e103877。
[40] S.Strogatz、R.E.Kronauer和C.A.Czeisler,《昼夜节律起搏器干扰睡眠发作和每天特定时间:失眠症的作用》,Amer。《生理学杂志》。,253(1987),第R172-R178页。
[41] H.R.Wilson和J.D.Cowan,{模型神经元局部群体中的兴奋和抑制相互作用},生物物理。J.,12(1972),第1-24页。
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