A pesquisa de sincronização mostra que o timing perfeito tem tudo a ver com conexões.
Por Universidade de Sydney com informações de Science Daily
Cientistas da computação e matemáticos que trabalham em sistemas complexos na Universidade de Sydney e no Instituto Max Planck de Matemática nas Ciências, na Alemanha, desenvolveram novos métodos para descrever o que muitos de nós consideramos natural: quão fácil ou difícil pode ser entrar e sair de sincronia.
Fenômenos sincronizados estão ao nosso redor, sejam palmas e danças humanas, ou a forma como os vaga-lumes piscam, ou como nossos neurônios e células cardíacas interagem. No entanto, é algo não totalmente compreendido na engenharia e na ciência.
O professor associado Joseph Lizier, especialista em sistemas complexos da Universidade de Sydney, disse:” Conhecemos a sensação de dançar no ritmo do ‘Nutbush’ no meio de uma multidão – ou a sensação estranha quando as pessoas perdem tempo batendo palmas ao som da música. Processos semelhantes ocorrem na natureza, e é vital que compreendamos melhor como realmente funciona a entrada e a saída de sincronia.
“Estar em sincronia em um sistema pode ser muito bom; você quer que todas as células do seu coração batam juntas em vez de fibrilar. Mas estar em sincronia também pode ser muito ruim; você não quer que todas as suas células cerebrais disparem juntas em um ataque epiléptico convulsão.”
O professor associado Lizier e colegas do Instituto Max Planck em Leipzig, Alemanha, publicaram novas pesquisas sobre sincronização nos Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
O artigo expõe a matemática de como a estrutura de rede que conecta um conjunto de elementos individuais controla o quão bem eles podem sincronizar sua atividade. É uma visão crítica sobre como estes sistemas funcionam, porque na maioria dos sistemas do mundo real, nenhum elemento individual controla todos os outros. E nenhum indivíduo também pode ver e reagir diretamente a todos os outros: eles só estão conectados através de uma rede.
O Professor Associado Lizier, do Centro de Sistemas Complexos e da Escola de Ciência da Computação da Faculdade de Engenharia, disse:”Nossos resultados abrem novas oportunidades para projetar estruturas de rede ou intervenções em redes. Isso pode ser muito útil na estabilização da eletricidade em redes elétricas, vital para a transição para as energias renováveis, ou para evitar a sincronização neural no cérebro, que pode desencadear a epilepsia.”
Para entender como esses sistemas funcionam, os pesquisadores estudaram o que é conhecido como “caminhadas” por uma rede em um sistema complexo. Passeios são sequências de saltos conectados entre elementos individuais ou nós da rede.
O professor associado Lizier disse:” Nossa matemática examina caminhadas emparelhadas: onde você começa em um nó e inicia duas caminhadas com saltos escolhidos aleatoriamente entre os nós para um número especificado de etapas. Essas duas caminhadas podem terminar no mesmo nó (caminhadas convergentes ) ou em nós diferentes (caminhadas divergentes).
“Nossa principal descoberta é que quanto mais convergentes os passeios emparelhados em uma rede, pior seria a qualidade da sincronização nessa estrutura de rede.”
Esta é uma boa notícia para o cérebro, onde a sincronização não é desejável, pois pode causar epilepsia. A estrutura altamente modular do cérebro significa que ele tem uma alta proporção de movimentos convergentes, o que naturalmente o afasta da epilepsia.
“Podemos até fazer uma analogia com as mídias sociais com o fenômeno da câmara de eco”, disse o coautor Jürgen Jost, cujo grupo também trabalha com dinâmicas de redes sociais. “Aqui vemos subgrupos reforçando as suas próprias mensagens, através de caminhadas convergentes dentro do seu próprio grupo, mas não necessariamente sincronizando com a população em geral”.
As descobertas representam um grande avanço na teoria de como a estrutura de redes complexas afeta sua dinâmica ou como elas computam, por exemplo, como a estrutura cerebral sustenta a cognição.
A pesquisa foi apoiada pelo prêmio DE160100630 do Australian Research Council Discovery Early Career Researcher (DECRA), pelo prêmio The University of Sydney, Sydney Research Accelerator (SOAR), pela Alexander von Humboldt Foundation e pela NSF Grant Division of Mathematical Sciences (DMS) -0804454 Equações Diferenciais em Geometria. A pesquisa usou o cluster de computação de alto desempenho Artemis da Universidade de Sydney para gerar os resultados do artigo.
Os pesquisadores declaram não haver interesses conflitantes.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Universidade de Sydney. Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
Referência do periódico :
Joseph T. Lizier, Frank Bauer, Fatihcan M. Atay, Jürgen Jost. Analytic relationship of relative synchronizability to network structure and motifs. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; 120 (37) DOI: 10.1073/pnas.2303332120
