重新連結時間:同步生理時鐘如何緩解時差與老化問題
探索遙遠的目的地可以帶來豐富的新奇體驗,但隨之而來的時差可能會帶來令人不快的副作用。適應不同的時區經常會帶來疲憊、睡眠問題和各種問題,這些問題可能會讓新探險的刺激感黯然失色。
時差是由晝夜節律系統(人體內部時鐘)和周圍環境之間的差異造成的。大約在本世紀初,科學家開始意識到,人體有多個以不同方式校準的內在時鐘,當這些時鐘彼此不同步時,就會產生類似時差的症狀。這種情況可能以多種方式發生,而且隨著年齡的增長而越來越普遍。
在AIP出版社出版的《混沌》(Chaos)一書中,來自美國西北大學和聖達菲研究所(Santa Fe Institute)的科學家團隊建立了一個理論模型,以研究在老化和時差等乾擾的影響下,多個內部時鐘之間的相互作用。
現代研究表明,晝夜節律鐘存在於人體幾乎每個細胞和組織中。每個時鐘都依賴自己的一套提示來校準;例如,大腦的時鐘依賴陽光,而外周器官則在進餐時間進行校準。
作者黃依彤說:「相互衝突的訊號,如短光照時間內的溫暖天氣或夜間進食–在大腦即將休息時進食–會混淆內部時鐘,導致不同步。
目前,人們對人體的各種內部時鐘如何相互影響知之甚少。考慮多個時鐘的複雜性意味著研究人員傾向於使用簡化模型。
數學模型示意圖。該模型由兩組耦合振盪器組成,其中一組代表大腦中的中央時鐘,受光線影響;另一組代表外圍時鐘,受食物影響。圖片來源:Huang 等人
“大多數研究主要集中在一個特定的時間線索或單一時鐘上,”Huang 說。”我們對多個時鐘在相互衝突的時間線索下同步的理解仍有重要差距。”
黃和她的同事採取了不同的方法,建立了一個數學框架來解釋系統間這種複雜的相互作用。他們的模型有兩個耦合振盪器群,模仿晝夜節律週期的自然節律。每個振盪器都會影響其他振盪器,同時根據獨特的外部線索進行調整。
利用這個模型,研究小組能夠探索這種耦合系統是如何被破壞的,以及是什麼導致了影響的惡化。他們發現,老化的常見症狀,如晝夜節律鐘之間的訊號減弱和對光的敏感度降低,會導致系統更容易受到干擾,恢復起來也更慢。
他們還找到了一種新方法,可以加快從時差和類似幹擾中恢復過來。根據他們的研究結果,改善睡眠的方法是透過胃部。
黃說:”在新時區的清晨多吃一頓飯有助於克服時差問題。不鼓勵不斷變換進餐時間或在晚上進餐,因為這會導致體內時鐘不一致。”
作者計畫對等式的另一面進行研究,找出導致內在時鐘更有彈性的因素。這些發現可能會產生一些建議,從一開始就防止時差,或讓晝夜節律系統健康地進入老年。