¿Por qué los bebés duermen siesta un día sí y otro no? ¿Por qué los adolescentes necesitan más horas de sueño o por qué a algunas personas les cuesta un mundo madrugar? Un nuevo y fascinante estudio de la Universidad de Surrey (Reino Unido) ha encontrado en las matemáticas la clave para desentrañar estas y otras incógnitas sobre nuestros patrones de sueño.
El trabajo, publicado en la revista Biological Timing and Sleep y recogido ahora por EuropaPress, profundiza en la estructura matemática del modelo de dos procesos (2PM) de regulación del sueño, propuesto inicialmente en la década de 1980. Este modelo fundamental postula que nuestros patrones de sueño están influenciados por dos factores cruciales: la presión para dormir, que aumenta cuanto más tiempo estamos despiertos y disminuye durante el sueño, y el ritmo circadiano de casi 24 horas de nuestro reloj corporal interno.
El equipo de investigación, utilizando herramientas matemáticas, ha logrado demostrar cómo el modelo 2PM refleja fielmente los complejos mecanismos cerebrales que alternan entre el sueño y la vigilia. Han demostrado que este modelo puede explicar fenómenos intrigantes, como la "escalera del diablo", que describe por qué los bebés en ciertas etapas de desarrollo pueden necesitar una siesta un día y no el siguiente. Sorprendentemente, el mismo modelo también es aplicable para comprender los patrones de sueño en especies no humanas.
Además, los investigadores combinaron las matemáticas del ciclo sueño-vigilia con las de los efectos de la luz en nuestro reloj biológico. Este modelo integrado ofrece una poderosa explicación de cómo muchos patrones de sueño son el resultado de una interacción dinámica entre nuestros procesos fisiológicos internos y el entorno.
Un ejemplo claro es el patrón de sueño de los adolescentes. El modelo ayuda a entender por qué tienden a dormirse y levantarse más tarde que los niños más pequeños. Un aumento más lento de la presión del sueño durante la vigilia les permite permanecer despiertos por más tiempo, y la exposición a la luz brillante por la noche puede retrasar aún más su horario de sueño.
El modelo también arroja luz sobre otros patrones comunes y, en ocasiones, desafía suposiciones previas. Un hallazgo sorprendente es que el hecho de despertarnos más temprano a medida que envejecemos podría no estar impulsado principalmente por cambios en el reloj biológico, como a menudo se cree. En cambio, podría ser una consecuencia de cómo interactúan los diferentes sistemas que controlan el sueño, y cómo esas interacciones evolucionan con la edad, el entorno y la biología individual de cada persona.
El trabajo del equipo subraya que este modelo 2PM ampliado con el factor luz proporciona una herramienta valiosa para entender por qué a algunas personas les cuesta tanto madrugar o dormir en los horarios socialmente establecidos. No se trata de un "reloj biológico roto", sino de que su entorno (especialmente la exposición a la luz) o su propia biología empujan su sueño hacia horas más tardías.
La profesora Anne Skeldon, directora de la Escuela de Matemáticas de la Universidad de Surrey y autora principal del estudio, se muestra optimista: "Este modelo nos da la esperanza de que los problemas del sueño se puedan comprender y abordar mejor. Mediante el uso de las matemáticas, podemos ver cómo pequeños cambios en la luz, la rutina o la biología modifican nuestro sueño y probar formas prácticas de promover un mejor descanso para todos. Es un paso hacia soluciones más personalizadas y efectivas que mejoran la vida diaria de las personas".
Los investigadores demostraron que el modelo de luz de 2PM se comporta como un sistema de osciladores no lineales: un oscilador de sueño-vigilia, las oscilaciones del reloj biológico y el patrón de luz-oscuridad que llega a nuestro cerebro a través de nuestros ojos. Explican cómo el oscilador sueño-vigilia, por sí solo, no sigue un patrón de 24 horas, pero es la interacción con el reloj biológico y el patrón luz-oscuridad lo que nos mantiene sincronizados con el ciclo día-noche a través de un proceso conocido como arrastre.
Mediante simulaciones matemáticas, los investigadores sugieren que vivir en interiores la mayor parte del día y mantener las luces encendidas por la noche altera este sistema oscilador, lo que a su vez perturba nuestro sueño. Estas simulaciones permitieron predecir diversos comportamientos, como la alteración del sueño tras la exposición a la luz nocturna o la dificultad para conciliar el sueño con regularidad.
El profesor Derk-Jan Dijk, coautor del estudio y director del Centro de Investigación del Sueño de Surrey, concluye que "este trabajo demuestra cómo las matemáticas pueden aportar claridad a algo tan complejo y personal como el sueño. Con los datos y modelos adecuados, podemos ofrecer consejos más personalizados y desarrollar intervenciones innovadoras para mejorar los patrones de sueño de quienes ven afectado su descanso por las rutinas modernas, el envejecimiento o problemas de salud".
