新模型展示了如何更好地同步我们的内部时钟

西北大学的研究人员开发了一个数学模型，以更好地了解影响我们睡眠和饮食方式的不同内部时钟如何协同工作，并用它来证明旅行者可以通过在目的地时区吃一顿丰盛的早餐来缓解时差。

大脑是身体中央时钟的所在地，在中央时钟之外存在外围时钟，使身体中的几乎每个系统都按计划进行。这些昼夜节律对刺激做出反应，包括光、食物和身体活动，这也会扰乱节律。

“相互矛盾的信号，例如短暂的光周期内的温暖天气或大脑即将休息时的夜间进食 – 可能会混淆内部时钟并导致昼夜节律不同步，”领导这项研究的温伯格艺术与科学学院博士后黄一通说。

时差发生在我们的内部时钟与昼夜不对齐时，昼夜由我们在地球上相对于太阳的位置决定。老年人的生物钟更容易错位，因此，老年人遭受更严重的时差。

时差、光照和进餐时间之间的关系已经在实验中观察到。但人们对身体的各种内部时钟如何相互影响或导致昼夜节律随年龄增长的错位知之甚少。最近发表在《混沌：非线性科学跨学科杂志》（Chaos： An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science）上的理论模型和由此产生的研究是新颖的，因为它可以帮助科学家更好地理解这种复杂的相互作用。

“大多数研究主要集中在一个特定的时间提示或单个时钟上，”黄说。“我们对在相互冲突的时间线索下多个时钟同步的理解仍然存在重要差距。由于时钟之间失去同步被认为是老龄化的标志，在人口老龄化的时代，这个问题变得更加紧迫。

由黄和西北大学和圣达菲研究所的一组科学家设计的模型具有两组耦合振荡器，模仿昼夜节律周期的自然节律。每个振荡器都会影响其他振荡器，同时根据独特的外部提示进行调整。

使用这个模型，该团队能够探索如何破坏这种耦合系统，是什么使效果变得更糟，以及哪些行动导致昼夜节律的弹性更强。

他们发现衰老的常见症状，例如生物钟之间的信号较弱和对光的敏感性较低，导致系统更容易受到干扰，恢复速度较慢。他们还展示了一种加速从时差和类似中断中恢复的潜在方法。

“在新时区的清晨吃一顿大餐可以帮助克服时差，”该研究的合著者，西北大学分子生物科学，应用数学和物理学副教授Rosemary Braun说。“不鼓励不断改变用餐时间表或在晚上用餐，因为这可能导致内部时钟之间的错位。

研究人员说，这些发现强调了外围时钟在调节昼夜节律方面的重要性，并为衰老与昼夜节律系统的弹性之间的复杂相互作用提供了新的见解。他们强调，研究结果来自数学模型的计算机模拟，这使他们能够产生假设，以便在未来的实验中进行测试。

作者计划研究等式的另一面，并确定导致更有弹性的内部时钟的因素。这些发现可能会导致建议首先防止时差，或者保持昼夜节律系统健康到老年。