¿Qué significan 'Bohemian Rhapsody' 'Macbeth', y una lista de amigos de Facebook todos tienen en común?

Una nueva investigación publicada en la revista Nature Physics utiliza las herramientas de la ciencia a la red para explicar cómo las redes complejas de comunicación pueden transmitir eficientemente grandes cantidades de información en el cerebro humano. Llevada a cabo por postdoctorado Christopher Lynn, estudiantes graduados Ari Kahn y Lia Papadopoulos, y profesor Danielle S. Bassett, el estudio encontró que los diferentes tipos de redes, incluyendo las que se encuentran en las obras de la literatura, piezas musicales, y las relaciones sociales, tiene una estructura similar subyacente que les permite compartir información de manera rápida y eficiente.

Hablando técnicamente, una red es simplemente una representación estadística y gráfica de conexiones, conocidos como bordes, entre los diferentes puntos finales, llamados nodos. En piezas de la literatura, por ejemplo, un nodo puede ser una palabra, y un borde se puede conectar palabras cuando aparecen uno junto al otro ( "mi", "reino", "para", "a", "caballo") o cuando se transmiten ideas o conceptos similares ( "amarillo", "naranja", "rojo").

La ventaja de utilizar la ciencia de la red para cosas como lenguas de estudio, dice Lynn, es que una vez que las relaciones se definen en pequeña escala, los investigadores pueden usar esas conexiones para hacer inferencias sobre la estructura de una red en una escala mucho más grande. "Una vez que defina los nodos y bordes, se puede alejar y empezar a preguntar acerca de lo que la estructura de todo esto se ve como el objeto y por qué tiene esa estructura específica", dice Lynn.

Sobre la reciente estudio del grupo que los modelos de cómo el cerebro procesa información compleja, los investigadores desarrollaron un nuevo marco analítico para determinar la cantidad de información a la red transmite y lo eficiente que es en la transmisión de esa información. "Con el fin de calcular la eficiencia de la comunicación, es necesario un modelo de cómo los seres humanos reciben la información", dice.

Con este marco de análisis, los investigadores evaluaron a 40 redes de comunicación del mundo real para ver qué características fueron cruciales para comunicar información. Se miraron obras de la literatura Inglés, incluyendo el canon de Shakespeare y Jane Austen "Orgullo y prejuicio", junto con piezas musicales como el de Mozart Sonata nº 11 y la reina de "Bohemian Rhapsody". También estudiaron las redes de relaciones sociales, incluidas las redes de coautoría en la ciencia y amigos conectados de Facebook.

Después de buscar en este diverso grupo de redes, los investigadores encontraron que la estructura a gran escala de una red era esencial para la capacidad de la red para transmitir información. Lo sorprendente fue lo similares de esta estructura era a través de las diferentes redes, si la red estaba representando transiciones sustantivo en una obra de la literatura o progresiones melódicas en una pieza de música.

Lo que hace que estas redes tanto rico en información y eficiente es un equilibrio entre dos redes Características principales conoce como estructura de "comunidad" y la estructura "heterogéneo". estructura de la comunidad se produce cuando los nodos se agrupan y forman grupos que evocan conceptos relacionados. Diciendo que la palabra "perro" podría traer a la mente "pelota", "disco volador" o "hueso", por ejemplo. Tal estructura de la comunidad ayuda a las redes de hacer más eficiente porque una persona puede anticipar qué palabra o idea que podría venir después.

Pero si una persona puede anticipar lo que viene a continuación, no habrá mucha información transmitida ya que la información está directamente relacionada con sorpresa. Para proporcionar información, las redes tienen que tener una mezcla "heterogéneo" de ambos nodos bien conectados y escasamente conectadas. Tome las obras de Shakespeare como un ejemplo. Si bien "la" y "y" se utilizan 28.944 y 27,317 veces, respectivamente, también hay formas 12,493 palabras que sólo se producen una vez. "En un centro como, 'la', no se puede anticipar en el que está a punto de ir", dice Lynn. "Resulta que estos nodos hub son realmente importantes para la generación de surprisal o, equivalentemente, la información".

Lo que es fascinante a Lynn es cómo el equilibrio entre la estructura heterogénea y la comunidad es clave para la creación de redes que son a la vez rico en información, pero también es fácil de interpretar. "La gente ha estudiado estas dos estructuras durante mucho tiempo, sino que son dos de los conceptos fundamentales de la ciencia de las redes", dice. "Este estudio proporciona una explicación de por qué algunas de estas redes están estructuradas como son:. Porque están tratando de comunicar información de manera eficiente Eso es lo que creo que es la parte más fresca", dice.

Los investigadores continuarán este trabajo mediante la ampliación de los tipos de redes de comunicación que evalúan, con el objetivo de buscar tendencias a través del tiempo y de las diferencias y similitudes entre las obras de otras lenguas y culturas. "También estamos particularmente interesados ​​para delinear cómo la comunicación eficaz está relacionada con la corrección de errores", dice Bassett. "Nuestros resultados preliminares sugieren que las redes del mundo real ayudar a los humanos corregir automáticamente por sus propios errores."

Esta investigación fue apoyada principalmente por la Oficina de Investigación del Ejército de EE.UU. a través DCIST-W911NF-17-2-0181 y por la Fundación Nacional de Ciencia a través de una subvención de carrera, PHY-1554488.