Scienziati informatici e matematici che lavorano su sistemi complessi presso l’Università di Sydney e l’Istituto Max Planck per le scienze matematiche in Germania hanno sviluppato nuovi metodi per descrivere ciò che molti di noi danno per scontato: quanto facile o difficile possa essere entrare e uscire dalla sincronia.
I fenomeni sincronizzati sono ovunque intorno a noi, che si tratti del battito delle mani e della danza umana, o del modo in cui lampeggiano le lucciole, o del modo in cui interagiscono i nostri neuroni e le cellule cardiache. Tuttavia, è qualcosa non completamente compreso nell’ingegneria e nella scienza.
Il professore associato Joseph Lizier, esperto di sistemi complessi presso l’Università di Sydney, ha dichiarato: “Conosciamo la sensazione di ballare al passo del ‘Nutbush’ in mezzo alla folla – o la sensazione imbarazzante quando le persone perdono tempo battendo le mani al ritmo della musica. Processi simili si verificano in natura, ed è fondamentale comprendere meglio come funziona effettivamente l’entrata e l’uscita dalla sincronizzazione.
“Essere sincronizzati in un sistema può essere molto positivo; vuoi che le cellule cardiache battano tutte insieme anziché fibrillare. Ma essere sincronizzati può anche essere molto negativo; non vuoi che le cellule cerebrali si attivino tutte insieme in una situazione epilettica.” confisca.”
Il professore associato Lizier e colleghi del Max Planck Institute di Lipsia, in Germania, hanno pubblicato una nuova ricerca sulla sincronizzazione nel Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS).
L’articolo espone i calcoli matematici su come la struttura di rete che collega un insieme di singoli elementi controlla quanto bene possono sincronizzare la loro attività. Si tratta di una visione fondamentale del funzionamento di questi sistemi, perché nella maggior parte dei sistemi del mondo reale, nessun singolo elemento controlla tutti gli altri. E nessun individuo può nemmeno vedere e reagire direttamente a tutti gli altri: sono solo collegati attraverso una rete.
Il professore associato Lizier, del Centro di Sistemi Complessi e della Scuola di Informatica della Facoltà di Ingegneria, ha dichiarato: “I nostri risultati aprono nuove opportunità per la progettazione di strutture di rete o interventi nelle reti. Ciò potrebbe essere molto utile per stabilizzare l’elettricità nelle reti elettriche , vitale per la transizione verso le energie rinnovabili, o per evitare la sincronizzazione neurale nel cervello, che può scatenare l’epilessia.”
Per comprendere come funzionano questi sistemi, i ricercatori hanno studiato le cosiddette “passeggiate” attraverso una rete in un sistema complesso. Le passeggiate sono sequenze di salti connessi tra singoli elementi o nodi della rete.
Il professore associato Lizier ha dichiarato: “La nostra matematica esamina le passeggiate accoppiate: dove si inizia da un nodo e si iniziano due passeggiate con salti scelti casualmente tra i nodi per un numero specificato di passi. Queste due passeggiate potrebbero finire allo stesso nodo (camminate convergenti ) o in nodi diversi (cammini divergenti).
“La nostra scoperta principale è che più le passeggiate accoppiate su una rete sono convergenti, peggiore sarebbe la qualità della sincronizzazione su quella struttura di rete.”
Questa è una buona notizia per il cervello, dove la sincronizzazione non è auspicabile in quanto può causare epilessia. La struttura altamente modulare del cervello fa sì che abbia un’alta percentuale di percorsi convergenti, che lo allontanano naturalmente dall’epilessia.
“Possiamo anche tracciare un’analogia con i social media con il fenomeno dell’ecocamera”, ha detto il coautore Jürgen Jost, il cui gruppo lavora anche sulle dinamiche dei social network. “Qui vediamo sottogruppi che rafforzano i propri messaggi, attraverso percorsi convergenti all’interno del proprio gruppo, ma non necessariamente sincronizzandosi con la popolazione più ampia.”
I risultati rappresentano un importante passo avanti nella teoria su come la struttura delle reti complesse influenza le loro dinamiche o il modo in cui elaborano, ad esempio il modo in cui la struttura del cervello è alla base della cognizione.
La ricerca è stata supportata dalla sovvenzione DE160100630 del Discovery Early Career Researcher Award (DECRA) dell’Australian Research Council, dal premio SOAR (The University of Sydney, Sydney Research Accelerator), dalla Fondazione Alexander von Humboldt e dalla NSF Grant Division of Mathematical Sciences (DMS) -0804454 Equazioni differenziali in geometria. La ricerca ha utilizzato Artemis, il cluster di calcolo ad alte prestazioni dell’Università di Sydney, per generare i risultati di questo articolo.
I ricercatori non dichiarano interessi concorrenti.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
