위상 반응 곡선

Phase response curve

위상응답곡선(PRC)은 그것이 수신되는 위상의 함수로서 섭동에 의해 유도된 진동주기 주기의 과도변화(위상응답)를 나타낸다. PRC는 다양한 분야에서 사용된다; 생물학적 진동의 예로는 심장 박동, 순환 리듬, 그리고 소음이 없을 때 일부 뉴런에서 관찰되는 규칙적이고 반복적인 발화가 있다.[1][better source needed]

순환 리듬으로

빛 및 멜라토닌 관리에 대한 위상 반응 곡선

인간과 동물에는 유기체의 내부 순환 시계의 위상 관계를 외부 환경(보통 태양절에 의해 지배됨)에서 규칙적인 주기성으로 지배하는 규제 시스템이 있다. 대부분의 유기체에서는 안정적인 위상 관계가 바람직하지만, 어떤 경우에는 특히 계절에 따라 짝짓기 습관을 가진 포유류 사이에서 원하는 위상이 달라질 수 있다.

순환기 리듬 연구에서 PRC는 만성 생물학자의 투여 시간(내부 순환기 시계와 상대적)과 치료 효과가 순환기에 미치는 영향의 크기 사이의 관계를 보여준다. 구체적으로 PRC는 관례상 대상자의 내생일(X축)의 시간과 Y축을 따라 위상 편이(시간 단위)를 나타낸 그래프다. 각 곡선은 24시간 주기로 피크 1개와 수조 1개가 있다. 상대적 순환 시간은 위상 변화 규모에 대해 표시된다. 치료는 대개 망막과 피부에 대한 광 피폭의 설정된 강도와 색상과 지속시간 또는 멜라토닌의 정해진 용량과 제형으로 좁게 지정된다.

이러한 곡선은 치료 환경에서 자주 상담된다. 일반적으로 신체의 다양한 생리 리듬은 보통 생물학적 시계와 관련하여 개별 유기체(인간이나 동물) 내에서 동기화될 것이다. 특히 중요한 것은 수면-웨이크 사이클이다. 다양한 수면 장애와 외부 스트레스(시차 지연 등)가 이를 방해할 수 있다. 24시간이 아닌 수면장애를 가진 사람들은 종종 일관된 내부 시계를 유지하지 못하는 것을 경험한다. 극단적인 크로노타입은 보통 일정한 시계를 유지하지만, 그들의 자연시계가 그들의 사회환경에 대한 기대와 맞지 않는다는 것을 발견한다. PRC 곡선은 치료 개입의 출발점을 제공한다. 수면의 시기를 바꾸는 데 사용되는 두 가지 일반적인 치료법은 눈을 향한 가벼운 치료와 주로 구두로 복용하는 멜라토닌 호르몬의 투여다. 둘 중 하나 또는 둘 다 매일 사용할 수 있다. 위상 조정은 일반적으로 연속적인 일일 관리에서 누적되며, 적어도 부분적으로는 구별되는 치료의 동시 관리에서 추가된다. 기저 교란이 성격상 안정적이라면 대개 지속적인 일상 개입이 필요하다. 시차 지연의 경우, 개입은 주로 자연 정렬을 가속화하는 역할을 하며, 원하는 정렬을 달성하면 중단된다.

실험 설정으로부터의 위상 반응 곡선은 대개 시험 모집단의 집합체이며, 시험 모집단 내에 경미하거나 유의한 변동이 있을 수 있으며, 수면 장애를 가진 개인이 비정형적으로 반응하는 경우가 많으며, 만성 생물학의 제형이 실험 설정에 특정될 수 있으며, 게가 아니다.임상 실습에서 nerally 이용할 수 있는 (예: 멜라토닌의 경우, 한 지속적 릴리스 공식은 다른 것과 비교하여 방출 속도가 다를 수 있다.) 또한, 크기가 용량 의존적이지만,[2] 모든 PRC 그래프가 다양한 선량을 포함하는 것은 아니다. 아래의 논의는 인간의 빛과 멜라토닌에 대한 PRC로 제한된다.

빛

A typical Human Light PRC
x축에 표시되는 시간은 새벽 - 낮 - 황혼 - 밤 - 새벽이다. 이러한 시간은 실제 일광업 등을 지칭하는 것도 아니고 특정 시계 시간을 지칭하는 것도 아니다. 개인마다 자신만의 서커디언 '시계'와 크로노타입이 있고, 일러스트 속 새벽은 사람이 잘 쉬고 규칙적으로 잠을 잘 자면 저절로 각성하는 시간을 말한다. PRC는 이 경우 자극이 언제 변화, 진전 또는 지연에 영향을 미치는지 보여준다. 곡선의 최고점은 피험자의 최저 체온과 일치한다.

개인의 규칙적인 취침 시간 약 2시간 전에 시작되면, 눈이 빛에 노출되는 것은 순환 단계를 지연시켜 나중에 잠에서 깨는 시간과 나중에 수면이 시작되게 한다. 지연 효과는 저녁이 진행될수록 더욱 강해진다. 또한 빛의 파장과 조도에 따라 달라진다. 실내 조명이 어둡다면 효과는 작다.

평상시 취침 후 약 5시간 후, 체온 수조(수면 중 코어 체온의 최저점)와 일치하여 PRC가 정점을 이루며, 그 효과는 단계 지연에서 단계 진전으로 갑자기 변화한다. 이 피크 직후, 광노출은 위상선도 효과가 가장 크며, 조기 기상과 수면 시작을 유발한다. 다시 말해, 조도는 결과에 큰 영향을 미친다. 실내 조도는 500 럭스 미만일 수 있고 조명 치료는 최대 10,000 럭스를 사용할 수 있다. 효과는 자발적 기상 시간 이후 약 2시간 후에 약 0에 도달할 때까지 감소한다.

평상시 기상 시간 후 2시간에서 취침 시간 전 2시간 사이의 기간 동안, 빛 노출은 순환 단계에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는다. (빛 효과는 일반적으로 서로를 상쇄한다.

빛을 위한 PRC의 또 다른 이미지가 여기에 있다(그림 1). 그 이미지 안에서 설명 텍스트는

  • 지연 영역: 저녁 빛은 나중에 졸음을 전환하고
  • 선진 지역: 아침 빛은 졸음을 일찍 이동시킨다.[3]

일반적으로 규정된 거리에서 1만 럭스를 생산하는 라이트 박스로 된 빛 요법은 저녁이나 아침에 한 사람의 수면 시간을 앞당기는 데 사용될 수 있다. 밝은 빛 노출을 얻기 위해 수면을 잃는 것은 대부분의 사람들에게 바람직하지 않은 것으로 여겨지고, 개인에게 가장 큰 효과(PRC 피크)가 언제 일어날지를 정확히 추정하기가 매우 어렵기 때문에, 치료는 대개 취침 직전(단계 지연을 달성하기 위해), 또는 자발적 각성 직후(달성하기 위해)에 매일 적용된다.단계적 진전이다.

가벼운 요법은 순환 리듬의 조절에 사용하는 것 외에도 계절성 정서 장애(SAD)를 포함한 여러 정서 장애에 대한 치료로 사용된다.[4]

2002년 데이비드 버슨이 이끄는 브라운대 연구진은 인간의 눈에서 특별한 세포인 ipRGCs(내부적으로 광감응성 망막강변세포)의 발견을 발표했는데,[5] 현재 많은 연구자들이 위상 반응곡선의 광선영역 효과를 조절한다고 믿고 있다. 인간의 눈에는 ipRGC가 460~480nm(파란색) 범위에서 빛에 가장 큰 반응을 보인다. 한 실험에서 400룩스의 푸른 빛은 형광원으로부터 1만룩스의 백색 빛과 같은 효과를 냈다.[6] 다른 스펙트럼 색상을 추가하면 푸른 빛이 순환 광전도에 덜 효과적이라는 스펙트럼 오버스 이론은 2005년에 보고된 연구에 의해 뒷받침되었다.[7]

멜라토닌

멜라토닌의 위상반응곡선은 빛에 대한 위상반응곡선과 약 12시간 상이탈이다.[8] 자발적 웨이크업 시간에는 외생성(영구적으로 투여된) 멜라토닌이 약간의 위상 지연 효과를 가진다. 위상지연량은 웨이크업 시간 이후 약 8시간까지 증가하는데, 이때 효과가 강한 위상지연에서 강한 위상진전으로 갑자기 변동한다. 낮이 계속되면 잠잘 때쯤 0이 될 때까지 단계적 진전 효과가 감소한다. 평소 취침시간부터 기상시간까지 외생 멜라토닌은 순환기상에는 아무런 영향을 주지 않는다.[9][10]

인체는 조명이 어둡다면 자기(내생성) 멜라토닌을 취침 2시간 전부터 생산한다. 이를 딤-라이트 멜라토닌 발현 DLMO라고 하며,[11] 이는 PRC의 단계적 진행 부분을 자극하고 신체를 규칙적인 수면제 스케줄로 유지하는 데 도움을 준다. 그것은 또한 신체가 잠을 잘 수 있도록 준비하는데 도움을 준다.

멜라토닌을 언제든지 투여하면 가벼운 최면(수면유도) 효과가 있을 수 있다. 수면 위상 타이밍에 대한 기대 효과는 PRC에 의해 예측된다.

첨가 효과

2006년 연구에서 빅토리아 L. 리벨 외 연구진은 아침 밝은 빛과 오후 멜라토닌의 조합이 각각 PRC에 따라 위상 진전에 타이밍이 맞춰져 총 2회까지 밝은 빛보다 위상 진전에 큰 변화를 보인다는 것을 보여주었다.1⁄2 시간 모든 시간은 대략적이고 사람마다 다르다. 특히 이러한 곡선의 최고점과 제로 크로스의 시간을 개인별로 정확하게 파악할 수 있는 편리한 방법은 없다. 효과가 갑자기 변화할 것으로 예상되는 시간에 가까운 빛이나 멜라토닌을 투여하면 전환 시간을 정확히 알 수 없는 경우 원하는 것과 반대 효과를 낼 수 있다.[12]

운동

2019년 연구에서 숀 D. 영스테트 외 연구진은 인간에게 "일단 주기 위상 변화 효과를 도출하지만 추가 정보가 필요하다.[...] 오후 7시부터 10시까지 위상 지연이 크고 오전 7시부터 오후 1시까지 위상 진전이 큰 MT6(멜라토닌 유도체) 시작 및 아크로파아제에 대해 유의한 위상-반응 곡선이 설정되었다. 오후 4시"[13]

기원

"위상 응답 곡선"이라는 용어의 첫 번째 공식 용어는 1960년 Patricia DeCoursey에 의해 발표되었다. 끊임없는 어둠 속에 갇혀 있는 그녀의 날다람쥐의 "일상적인" 활동 리듬이 빛에 노출되는 파동에 반응했다. 반응은 빛을 투약하는 낮 시간, 즉 동물들의 주관적인 "하루"에 따라 다양했다. DeCoursey가 위상 변화의 양과 방향(진행 또는 지연)에 관한 모든 데이터를 단일 곡선에 표시했을 때, 그녀는 PRC를 만들었다. 그 후 생물학적 리듬 연구에 표준 도구로 사용되어 왔다.[14]

뉴런에서

추가 정보: 위상전속

위상 반응 곡선 분석은 정규 스파이킹 뉴런의 내적 특성과 진동 작용을 이해하는 데 사용될 수 있다.[15] 뉴런 PRC는 순수하게 양성(PRC 타입 I)이거나 음성 부분(PRC 타입 II)으로 분류할 수 있다. 중요한 것은, 뉴런에 의해 나타나는 PRC 타입은 동기화 동작뿐만 아니라 입출력 기능(흥분성)을 나타낸다. PRC 타입 II 뉴런의 네트워크는 상호 흥분 연결을 통해 활동을 동기화할 수 있지만, PRC 타입 I의 네트워크는 동기화할 수 없다.[16]

생활, 규칙적인 스피킹 뉴런에서 PRC의 실험적인 추정은 전류의 과도 맥박과 같은 작은 섭동에 반응하여 운동간 간격의 변화를 측정하는 것을 포함한다. 특히 뉴런의 PRC는 고정된 것이 아니라 발화 빈도나[17] 뉴런의[18] 신경 조절 상태가 바뀌었을 때 바뀔 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ Canavier CC (2006). "Phase response curve". Scholarpedia. 1 (12): 1332. Bibcode:2006SchpJ...1.1332C. doi:10.4249/scholarpedia.1332.
  2. ^ Burgess HJ, Revell VL, Eastman CI (January 2008). "A three pulse phase response curve to three milligrams of melatonin in humans". The Journal of Physiology. 586 (2): 639–47. doi:10.1113/jphysiol.2007.143180. PMC 2375577. PMID 18006583.
  3. ^ Kripke DF, Loving RT (2001). "Bringing Therapy to Light". Sleep Review (1).
  4. ^ Walsh J, Atkinson LA, Corlett SA, Lall GS (2014). "An insight into light as a chronobiological therapy". ChronoPhysiology and Therapy. 4: 79–85. doi:10.2147/CPT.S56589. Retrieved 31 May 2015.
  5. ^ 희귀 안구 세포의 내부 작용을 밝혀낸 브라운 과학자들
  6. ^ Glickman G, Byrne B, Pineda C, Hauck WW, Brainard GC (March 2006). "Light therapy for seasonal affective disorder with blue narrow-band light-emitting diodes (LEDs)". Biological Psychiatry. 59 (6): 502–7. doi:10.1016/j.biopsych.2005.07.006. PMID 16165105. S2CID 42586876.
  7. ^ Figueiro MG, Bullough JD, Bierman A, Rea MS (October 2005). "Demonstration of additivity failure in human circadian phototransduction". Neuro Endocrinology Letters. 26 (5): 493–8. PMID 16264413.
  8. ^ Lewy AJ, Ahmed S, Jackson JM, Sack RL (October 1992). "Melatonin shifts human circadian rhythms according to a phase-response curve". Chronobiology International. 9 (5): 380–92. doi:10.3109/07420529209064550. PMID 1394610.
  9. ^ Burgess HJ, Revell VL, Eastman CI (January 2008). "A three pulse phase response curve to three milligrams of melatonin in humans". The Journal of Physiology. 586 (2): 639–47. doi:10.1113/jphysiol.2007.143180. PMC 2375577. PMID 18006583.
  10. ^ Lewy A (July 2010). "Clinical implications of the melatonin phase response curve". The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 95 (7): 3158–60. doi:10.1210/jc.2010-1031. PMC 2928905. PMID 20610608.
  11. ^ Sletten TL, Vincenzi S, Redman JR, Lockley SW, Rajaratnam SM (2010). "Timing of sleep and its relationship with the endogenous melatonin rhythm". Frontiers in Neurology. 1: 137. doi:10.3389/fneur.2010.00137. PMC 3008942. PMID 21188265.
  12. ^ Revell VL, Burgess HJ, Gazda CJ, Smith MR, Fogg LF, Eastman CI (January 2006). "Advancing human circadian rhythms with afternoon melatonin and morning intermittent bright light". The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 91 (1): 54–9. doi:10.1210/jc.2005-1009. PMC 3841985. PMID 16263827.
  13. ^ Youngstedt SD, Elliott JA, Kripke DF (April 2019). "Human circadian phase-response curves for exercise". The Journal of Physiology. 597 (8): 2253–2268. doi:10.1113/JP276943. PMC 6462487. PMID 30784068.
  14. ^ Zivkovic B (2007). "Clock Tutorial #3c - Darwin On Time". A Blog Around the Clock. ScienceBlogs LLC. Archived from the original on 2012-05-19. Retrieved 2007-11-03. [The PRC is] the single most important methodological tool in the study of all biological rhythms.
  15. ^ Gutkin BS, Ermentrout GB, Reyes AD (August 2005). "Phase-response curves give the responses of neurons to transient inputs". Journal of Neurophysiology. 94 (2): 1623–35. CiteSeerX 10.1.1.232.4206. doi:10.1152/jn.00359.2004. PMID 15829595.
  16. ^ Ermentrout B (July 1996). "Type I membranes, phase resetting curves, and synchrony". Neural Computation. 8 (5): 979–1001. doi:10.1162/neco.1996.8.5.979. PMID 8697231. S2CID 17168880.
  17. ^ Tsubo Y, Takada M, Reyes AD, Fukai T (June 2007). "Layer and frequency dependencies of phase response properties of pyramidal neurons in rat motor cortex". The European Journal of Neuroscience. 25 (11): 3429–41. doi:10.1111/j.1460-9568.2007.05579.x. PMID 17553012. S2CID 1232793. Archived from the original on 2013-01-05.
  18. ^ Stiefel KM, Gutkin BS, Sejnowski TJ (2008). Ermentrout B (ed.). "Cholinergic neuromodulation changes phase response curve shape and type in cortical pyramidal neurons". PLOS ONE. 3 (12): e3947. Bibcode:2008PLoSO...3.3947S. doi:10.1371/journal.pone.0003947. PMC 2596483. PMID 19079601.

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