في كل ليلة، يمر الدماغ بعدة مراحل من النوم، من النعاس إلى النوم العميق والعودة. بعض التحولات تحدث فجأة، كأنها نقرة مفتاح كهربائي، وبعضها الآخر يحدث بتدرج، مثل انزلاق بطيء على منحدر. قامت مجموعة من الباحثين ببناء نموذج رياضي يصف هذه التحولات كحركة كرة في مشهد متغير من التلال والوديان.
يقوم النموذج على فكرة الإحداثي الخفي، وهو معامل يعكس الدرجة الكلية لانتظام النشاط العصبي. يُستخرج هذا الإحداثي من بيانات تخطيط كهربية الدماغ (تسجيل النشاط الكهربائي للدماغ) باستخدام إجراء خاص لتجنب التوقعات ذاتية التحقق. عندما يتغير الإحداثي، يُعاد تشكيل المشهد: تظهر حفر-جاذبات جديدة تنزلق إليها الفعالية، وحواجز بينها. على سبيل المثال، النوم يشبه اختفاء حفرة اليقظة، حيث يفقد الدماغ استقراره ويسقط في حالة النوم.
قام المؤلفون بنمذجة ستة أنواع من التحولات: من التشعبات الحادة إلى العبور السلس. أظهرت المحاكاة الحاسوبية كيف ينمو طول الارتباط، وهو المسافة التي تتصرف عندها الخلايا العصبية بشكل منسق. وتشارك مناطق أكبر من الدماغ في العملية. هذا هو التنبؤ الرئيسي الذي يميز النموذج عن النماذج الأبسط. في تجربة عمياء، تمكن الخوارزم من التمييز جزئيًا بين النماذج الأولية للتحولات بدقة 49٪ (التخمين العشوائي سيعطي 17٪).
حاليًا، هذا هيكل نظري ينتظر التحقق من خلال تسجيلات حقيقية. إذا تأكدت التوقعات، ستظهر أداة لوصف اضطرابات النوم بدقة، مثل سبب كون النوم في الأرق ممرًا مؤلمًا وليس هبوطًا سلسًا.
أثناء النوم، قد يفقد الدماغ استقرار اليقظة فجأة، مثلما تنهار ورقة مطوية عند ضغط حرج.
في فيلم «استهلال» (Inception)، يسافر الأبطال عبر مستويات النوم، لكن نموذجنا يشير إلى أنه حتى داخل المرحلة الواحدة، قد يمر الدماغ بتحولات متتالية، كما لو كان ينزل على سلم من الحالات.