Was ‚Bohemian Rhapsody‘, ‚Macbeth‘ und eine Liste der Facebook-Freunde alle gemeinsam hat?

Neue Forschungsergebnisse in Nature Physics veröffentlicht nutzen Tools aus dem Netzwerk der Wissenschaft zu erklären, wie komplexe Kommunikationsnetzwerke effizient große Mengen an Informationen für das menschliche Gehirn vermitteln können. Leitung von Postdoc Christopher Lynn, Graduierte Ari Kahn und Lia Papadopoulos, und Professor Danielle S. Bassett, die Studie fand heraus, dass verschiedene Arten von Netzwerken, einschließlich derjenigen in den Werken der Literatur, Musikstücke und soziale Verbindungen, haben eine ähnliche Grundstruktur Das ermöglicht ihnen Informationen schnell und effizient zu teilen.

Technisch gesehen, ist ein Netz einfach eine statistische und graphische Darstellung von Verbindungen, als Kanten bekannt, zwischen verschiedenen Endpunkten, als Knoten bezeichnet. In Stücken der Literatur, zum Beispiel kann ein Knoten ein Wort sein, und eine Kante kann Worte verbinden, wenn sie nebeneinander ( „mein“, „Reich“, „für“, „a“, „Pferd“) erscheinen oder wenn sie vermitteln ähnliche Ideen oder Konzepte ( „gelb“, „orange“, „red“).

Der Vorteil der Verwendung von Netzwerk Wissenschaft Studie Dinge wie Sprachen, sagt Lynn, ist, dass, sobald Beziehungen auf einem kleinen Maßstab definiert sind, Forscher diese Verbindungen nutzen können Rückschlüsse auf einem viel größeren Maßstab über ein Struktur des Netzwerks zu machen. „Wenn Sie die Knoten und Kanten definieren, können Sie verkleinern und beginnen zu fragen, was die Struktur dieses ganzen Objekt sieht aus wie und warum es diese spezifische Struktur hat“, sagt Lynn.

Aufbauend auf der aktuellen Studie der Gruppe, dass Modelle wie das Gehirn komplexe Informationen verarbeitet, entwickelten die Forscher einen neuen analytischen Rahmen für die Bestimmung, wie viele Informationen eines Netzwerk vermittelt und wie effizient es ist, dass die Informationen in Förder. „Um die Effizienz der Kommunikation zu berechnen, müssen Sie ein Modell, wie die Menschen die Informationen erhalten,“ sagt er.

Mit diesem analytischen Rahmen werteten die Forscher 40 realen Kommunikationsnetze, um zu sehen, welche Funktionen für die Übermittlung von Informationen von entscheidender Bedeutung waren. Sie sahen sich an Werke der englischen Literatur, einschließlich der Kanon von Shakespeare und Jane Austens „Stolz und Vorurteil“, zusammen mit Musikstücken wie Mozarts Sonate Nr 11 und Königin „Bohemian Rhapsody“. Sie auch Netzwerke sozialer Beziehungen untersucht, einschließlich Mitautor Netzwerke in Wissenschaft und Facebook-Freund-Verbindungen.

Nach einem Blick auf dieser vielfältigen Gruppe von Netzwerken, fanden die Forscher heraus, dass die großräumige Struktur eines Netzwerks zu diesem Netzwerk der Fähigkeit wesentlich war, um Informationen zu vermitteln. Was war überraschend war, wie ähnlich diese Struktur über die verschiedenen Netzwerke war, ob wurde das Netzwerk Substantiv Übergänge in einem Werk der Literatur oder melodische Verläufe in einem Musikstück darstellt.

Was diese Netze macht sowohl informationsreiche und effizient ein Gleichgewicht zwischen zwei Schlüsseln Netzwerk-Funktionen wie „Gemeinschaft“ Struktur bekannt und „heterogen“ Struktur. Gemeinschaftsstruktur tritt auf, wenn Knoten verklumpen und bilden Cluster, dass evozieren verwandte Konzepte. Zu sagen, das Wort „Hund“ könnte in dem Sinne „Ball“ bringen „Frisbee“ oder „Knochen“ zum Beispiel. Solche Gemeinschaftsstruktur hilft effiziente Netzwerke, weil eine Person zu antizipieren, was Wort oder eine Idee könnte als nächstes kommen.

Aber wenn eine Person kann antizipieren, was als nächstes kommt, wird es nicht viele Informationen vermittelt, da die Informationen direkt zu überraschen zusammenhängt. Zur Bereitstellung von Informationen, müssen Netzwerke haben eine „heterogene“ Mischung beide gut verbunden und spärlich verbundenen Knoten. Nehmen Sie die Werke von Shakespeare als Beispiel. Während „die“ und „und“ sind 28.944 und 27.317-mal verwendet wird, gibt es auch 12.493 Wortformen, die nur einmal vorkommen. „In einer Nabe wie,‚die‘, man kann nicht davon aus, wo Sie sind zu gehen“, sagt Lynn. „Es stellt sich heraus, dass dieser Netzwerkknoten wirklich wichtig ist für die Erzeugung surprisal oder äquivalent Informationen.“

Was Lynn faszinierend ist, wie die Balance zwischen heterogener und Gemeinschaftsstruktur ist der Schlüssel für Netzwerke zu schaffen, die sowohl informationsreichen, sondern auch leicht zu interpretieren. „Die Leute diese beiden Strukturen für eine lange Zeit studiert haben, sie sind zwei der grundlegenden Konzepte von Netz Wissenschaft“, sagt er. „Diese Studie gibt eine Erklärung dafür, warum einige dieser Netzwerke aufgebaut sind, wie sie sind:., Weil sie versuchen, Informationen effizient zu kommunizieren, das ist, was ich glaube, das kühlste Teil ist“, sagt er.

sie bewerten, mit dem Ziel der Suche nach Trends über die Zeit und für die Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen den Werken anderer Sprachen und Kulturen Die Forscher werden diese Arbeit fortsetzen, indem sie die Arten von Kommunikationsnetzen zu erweitern. „Wir sind auch besonders daran interessiert, zu beschreiben, wie eine effiziente Kommunikation zu Fehlerkorrektur verwandt ist“, sagt Bassett. „Unsere vorläufigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass man reale Netzwerke Hilfe für ihre eigenen Fehler automatisch korrigiert Menschen.“

Diese Forschung wurde in erster Linie von dem US-Army Research Office durch DCist-W911NF-17-2-0181 und von der National Science Foundation durch einen Career Grant, PHY-1554488 unterstützt.