Friska människokroppar är bra på att reglera:Våra temperaturer förblir runt 98,6 grader Fahrenheit, oavsett hur varm eller kall temperaturen runt omkring oss. Sockernivåerna i vårt blod förblir ganska konstanta, även när vi dricker ett glas juice. Vi håller rätt mängd kalcium i våra ben och ut ur resten av våra kroppar.

Vi skulle inte kunna överleva utan den förordningen, kallas homeostas. Och när systemen går sönder, resultaten kan orsaka sjukdom eller, ibland, död.

I presentationer vid American Association for the Advancement of Sciences årsmöte, forskare hävdade att matematik kan hjälpa till att förklara och förutsäga dessa sammanbrott, potentiellt erbjuda nya sätt att behandla systemen för att förhindra eller åtgärda dem när saker går fel. Mötet hölls praktiskt taget tidigare i år på grund av covid-19-pandemin.

Homeostas "är ett biologiskt fenomen och biologiska system skulle inte fungera utan det, sa Marty Golubitsky, en av presentatörerna och en framstående professor i natur- och matematiska vetenskaper vid Ohio State University. "Och om du hade detaljerat, exakta matematiska modeller, du kan numeriskt utforska dessa system, hitta platser där denna kontroll verkligen sker, och sedan kan du uppskatta hur saker går fel och hur du kan rätta till det."

Forskare har bra koll på de biologiska orsakerna till att den regleringen sker:Vissa system i våra kroppar måste förbli konstanta för att fungera och hålla våra kroppar vid liv. Matematiken bakom det, fastän, är mindre säkert.

Men att förstå homeostas – inklusive att förutsäga förändringar i den och beräkna sätt att hålla kroppen reglerad trots sammanbrott i kroppens system som hanterar dessa regler – kan vara ett sätt att ge riktad medicinsk vård till människor som behöver det, sa Janet Best, medförfattare till en del av forskningen bakom presentationerna och professor i matematik vid Ohio State.

"Detta är en del av precisionsmedicin, sa bästa, som också är meddirektör för Ohio State's Mathematical Biosciences Institute. "Människor är olika, och du behöver en modell som kan fungera på olika människor. Och vi tror att det är vad vi har utvecklat här."

Forskare vid MBI och vid andra institutioner som studerar hur matematik och biologi skär varandra har byggt modeller för att förklara hur kroppen upprätthåller homeostas i en mängd olika system. I hjärtat av dessa modeller är en graf, ett matematiskt begrepp som försöker förklara hur objekt relaterar till varandra. (Om du tog algebra eller geometri på gymnasiet, du lärde dig förmodligen några av grunderna i grafteori.)

Golubitsky och Best sa att grafteori kan hjälpa till att förklara och förutsäga förändringar av homeostas i kroppen. Den förklaringen, de säger, kan vara användbart för biologer och andra som letar efter sätt att ingripa när homeostas bryts ner. Den nedbrytningen orsakar ett antal problem - för mycket glukos i en persons blod, till exempel, eller inte tillräckligt med kalcium i benen.

AAAS-presentationerna fokuserade både på en graf som modellerar hur kroppen reglerar dopaminnivåer genom homeostas och hur grafteori hjälper till att identifiera egenskaper hos grafer som kan hjälpa till att förutsäga homeostas. Golubitsky och Best beskrev hur dopamin och de enzymer som bryter ner det kan representeras som en matematisk formel förknippad med en graf.

De visade att genom att beräkna förändringar i noderna, det kan vara möjligt att beräkna eller förutsäga förändringar i dopaminnivåer. Det tillvägagångssättet skulle kunna utökas till andra system, Golubitsky sa, även om framtida studier behövs för att veta säkert. Den studien är redan igång, han sa.

"Homeostas är ett tillräckligt viktigt område inom biologin för att om matematik kan bidra med något, det är en framgång, " han sa.