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Arquitectura del sueno y ritmos circadianos

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La regulacion del sueno se describe clasicamente mediante el modelo de dos procesos de Borbely: el Proceso S, una presion homeostatica que crece durante la vigilia y decae durante el sueno, y el Proceso C, un oscilador circadiano central generado por el nucleo supraquiasmatico (SCN), formalizado aqui como una extension directa del modelo de osciladores de fase de Kuramoto introducido en E09, sincronizado por la senal luminica ambiental. La propension al sueno resulta de la combinacion de ambos procesos, y el reloj circadiano module ademas la secrecion de melatonina, suprimida por la exposicion a luz. La progresion a traves de los distintos estadios de sueno (vigilia, NREM, REM) puede describirse como una cadena de Markov de transiciones entre estados, mientras que la actividad de ondas lentas durante el sueno profundo refleja directamente la disipacion de la presion homeostatica acumulada. El desalineamiento entre el reloj circadiano interno y el horario ambiental exigido (jet lag, trabajo por turnos) se cuantifica como la diferencia de fase entre ambos.

>Modelo

ID:('ky', 1543)


Proceso S vigilia

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$\frac{dS_{press}}{dt}=\frac{1-S_{press}}{\tau_{wake}}$

$S_{press}$
Presión homeostática
$1$
$ au_{wake}$
Constante vigilia
$s$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13660)


Proceso S sueño

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$\frac{dS_{press}}{dt}=-\frac{S_{press}}{\tau_{sleep}}$

$S_{press}$
Presión homeostática
$1$
$ au_{sleep}$
Constante sueño
$s$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13661)


Oscilador SCN

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$\frac{d\theta_{SCN}}{dt}=\omega_{SCN}+K_{light}Light(t)\sin(\theta_{zeit}-\theta_{SCN})$

$Light$
Intensidad luminosa
$1$
$\theta_{SCN}$
Fase circadiana SCN
$rad$
$omega_{SCN}$
Frecuencia circadiana
$rad/s$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13662)


Propensión sueño

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$Sleep_{propensity}=S_{press}-C_{amplitude}\cos(\theta_{SCN}-\phi_C)$

$S_{press}$
Presión homeostática
$1$
$\theta_{SCN}$
Fase circadiana SCN
$rad$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13663)


Melatonina

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$\frac{dMelatonin}{dt}=Q_{mel}Suppression_{light}(Light)Clock_{gate}(\theta_{SCN})-k_{mel,clear}Melatonin$

$Light$
Intensidad luminosa
$1$
$Melatonin$
Melatonina normalizada
$1$
$\theta_{SCN}$
Fase circadiana SCN
$rad$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13664)


Markov estadios

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$P(stage_{t+dt}=j)=\sum_iP(stage_t=i)T_{ij}$

$T_{ij}$
Matriz transición estadios
$1$



>Modelo

ID:('gm', 13665)


Desalineamiento

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$Misalignment=|\theta_{SCN}-\theta_{zeit}^{target}|$

$Misalignment$
Desalineamiento circadiano
$rad$
$\theta_{SCN}$
Fase circadiana SCN
$rad$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13666)


Estructura del modelo

Descripción

Red de modelo


Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar



Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$Light$
Light
Intensidad luminosa
1
$T_{ij}$
T[i,j]
Matriz transición estadios
1
$Melatonin$
Melatonin
Melatonina normalizada
1
$S_{press}$
S_press
Presión homeostática
1
$Misalignment$
Misalignment
Desalineamiento circadiano
rad
$\theta_{SCN}$
theta_SCN
Fase circadiana SCN
rad
$omega_{SCN}$
omega_SCN
Frecuencia circadiana
rad/s
$ au_{sleep}$
tau_sleep
Constante sueño
s
$ au_{wake}$
tau_wake
Constante vigilia
s
$t$
t
Tiempo
s

ID:(0, 1543)


gphysics.net - Dr. Willy H. Gerber
Palos Verdes, Costa de Corral, Región de los Rios, Chile