為什麼嬰兒有時午睡，有時卻不？為什麼青少年總愛晚睡晚起，而老年人清晨就醒？薩里大學的一項新研究通過數學建模為這些問題提供了令人意外的答案。
研究團隊深入剖析了20世紀80年代提出的雙過程模型(2PM)，揭示了睡眠背後的規律。雙過程模型認為，睡眠由兩股力量塑造：清醒時間越長，睡眠壓力越大，睡眠時則逐漸消退；同時，體內近24小時的生物鐘節律也在調節我們的作息。
以小明為例，他剛滿一歲的生日，父母發現他有些日子會小睡片刻，有些日子卻精力充沛地玩到晚上。研究團隊通過數學分析發現，雙過程模型能解釋這種「魔鬼階梯」現象——嬰兒在特定發育階段的睡眠模式因生物鐘與睡眠壓力的交互而變化。這種模型不僅適用於人類，還能解釋其他物種的睡眠規律，比如夜行性動物的晝伏夜出。
研究進一步將雙過程模型與光線對生物鐘的影響相結合，構建了一個綜合模型，揭示了生理過程與環境如何共同塑造睡眠。例如，青少年晚睡晚起並非單純的「懶惰」。由於他們的睡眠壓力積累較慢，晚上接觸明亮光線(如手機屏幕)還會進一步推遲生物鐘。16歲的麗麗每晚刷手機到深夜，第二天總睡到中午，背後正是這種機制在作祟。
更令人意外的是，老年人早醒可能並非生物鐘變化的主導因素。研究顯示，睡眠系統的交互方式會隨年齡、環境和個體生物差異而改變。70歲的王爺爺每天清晨5點醒來，以為是生物鐘「老化」，但模型表明，這可能是睡眠壓力與光線環境的微妙平衡發生了變化。研究團隊通過數學模擬發現，長期待在室內、晚上暴露於人工光源會干擾睡眠-覺醒振盪器，導致作息紊亂。
薩里大學數學學院院長Anne Skeldon教授，也是研究的主要作者，分享道：「這個模型讓我們看到，微小的光線、日常習慣或生理變化如何影響睡眠。通過數學，我們可以測試實用方法，幫助每個人擁有更健康的睡眠。」她強調，這為個性化睡眠解決方案提供了希望，比如調整光線暴露或作改變息時間。
兩個過程模型
研究還揭示，睡眠-覺醒振盪器並非嚴格遵循24小時周期，而是通過與生物鐘和光暗模式的「同步」過程，與晝夜周期保持一致。Derk-Jan Dijk教授，薩里睡眠研究中心主任，補充說：「數學為複雜的睡眠問題帶來了清晰的視角。結合數據和模型，我們能為現代生活、老齡化或健康問題影響睡眠的人提供更精準的建議。」例如，模擬顯示，晚間強光會推遲睡眠時間，而規律的光線暴露能幫助調整不規律的睡眠。
這項研究不僅解釋了不同年齡段的睡眠差異，還為改善睡眠問題提供了新思路。無論是嬰兒的午睡、青少年的晚起，還是老年人的早醒，數學模型都讓我們更接近個性化的解決方案。未來，通過優化光線環境和生活習慣，我們或許能讓每個人睡得更香，生活更美好。
（示意圖）
