O que 'Bohemian Rhapsody', 'Macbeth', e uma lista de amigos do Facebook têm em comum?

Nova pesquisa publicada na Nature Physics usa ferramentas da ciência da rede para explicar como redes de comunicação complexas pode eficientemente transmitir grandes quantidades de informação para o cérebro humano. Conduzido por postdoc Christopher Lynn, estudantes de graduação Ari Kahn e Lia Papadopoulos, e professor Danielle S. Bassett, o estudo constatou que os diferentes tipos de redes, incluindo aqueles encontrados em obras de literatura, peças musicais e conexões sociais, tem uma estrutura subjacente semelhante que lhes permite compartilhar informações de forma rápida e eficiente.

Tecnicamente falando, uma rede é simplesmente uma representação gráfica estatístico e de conexões, conhecidas como arestas, entre diferentes pontos finais, chamados nódulos. Em peças de literatura, por exemplo, um nó pode ser uma palavra, e uma vantagem pode se conectar palavras quando eles aparecem ao lado do outro ( "meu", "reino", "para", "a", "cavalo") ou quando eles transmitir idéias ou conceitos semelhantes ( "amarelo", "laranja", "vermelho").

A vantagem de usar a ciência da rede para as coisas de estudo como línguas, diz Lynn, é que uma vez que os relacionamentos são definidos em pequena escala, os pesquisadores podem usar essas conexões para fazer inferências sobre a estrutura de uma rede em uma escala muito maior. "Depois de definir os nós e bordas, você pode diminuir o zoom e começar a perguntar sobre o que a estrutura de toda esta aparência de objetos como e por que ele tem que estrutura específica", diz Lynn.

Com base em estudo recente do grupo que modelos como o cérebro processa informações complexas, os pesquisadores desenvolveram um novo quadro analítico para determinar a quantidade de informação um transmite rede e quão eficiente ele é em transmitir essa informação. "A fim de calcular a eficiência da comunicação, você precisa de um modelo de como os seres humanos recebem a informação", diz ele.

Com este quadro analítico, os pesquisadores avaliaram 40 redes de comunicação do mundo real para ver quais recursos foram cruciais para comunicar informações. Eles olharam para obras da literatura Inglês, incluindo o cânone de Shakespeare e Jane Austen "Orgulho e Preconceito", juntamente com peças musicais, como de Mozart Sonata n.º 11 e da Rainha "Bohemian Rhapsody". Eles também estudaram redes de relações sociais, incluindo redes de co-autoria em ciência e conexões com amigos do Facebook.

Depois de olhar para este grupo diverso de redes, os pesquisadores descobriram que a estrutura em larga escala de uma rede foi essencial para a capacidade da rede para transmitir informações. O que foi surpreendente foi o quão semelhante esta estrutura foi através das diferentes redes, se a rede estava representando transições substantivo em uma obra de literatura ou progressões melódicas em um pedaço de música.

O que torna estas redes tanto rico em informações e eficiente é um equilíbrio entre duas redes chave características conhecido como estrutura "comunidade" e estrutura "heterogênea". estrutura da comunidade ocorre quando os nós se agregam e formam aglomerados que evocam conceitos relacionados. Dizendo que a palavra "cão" pode trazer à mente "bola", "Frisbee", ou "osso", por exemplo. Tal estrutura da comunidade ajuda a redes de tornar mais eficiente, porque uma pessoa pode antecipar o que palavra ou ideia pode vir em seguida.

Mas se uma pessoa pode antecipar o que vem a seguir, não haverá muita informação veiculada porque a informação está directamente relacionada com surpresa. Para fornecer informações, as redes têm de ter uma mistura de "heterogêneo" de ambos os nós bem conectados e pouco conectadas. Tome as obras de Shakespeare como um exemplo. Enquanto "a" e "e" são usados ​​28,944 e 27,317 vezes, respectivamente, também existem formas 12.493 palavra que só ocorrem uma vez. "Em um hub como, 'a', você não pode antecipar onde você está prestes a ir", diz Lynn. "Acontece que esses nós cubo são realmente importantes para a geração de surprisal ou, equivalente, a informação."

O que é fascinante para Lynn é como o equilíbrio entre a estrutura heterogénea e da comunidade é fundamental para a criação de redes que são ricos em informações, mas também fácil de interpretar. "As pessoas têm estudado essas duas estruturas por um longo tempo, pois eles são dois dos conceitos fundamentais da ciência da rede", diz ele. "Este estudo dá uma explicação de por que algumas destas redes são estruturadas a forma como eles são:., Porque eles estão tentando se comunicar informações de forma eficiente Isso é o que eu acho que a parte mais legal é", diz ele.

Os pesquisadores vão continuar este trabalho, expandindo os tipos de redes de comunicação que avaliar, com o objetivo de olhar para as tendências ao longo do tempo e para as diferenças e semelhanças entre as obras de outras línguas e culturas. "Também estamos particularmente interessados ​​para delinear como a comunicação eficiente está relacionado à correção de erros", diz Bassett. "Nossos resultados preliminares sugerem que as redes do mundo real ajudar os seres humanos corrigir automaticamente por seus próprios erros."

Esta pesquisa foi apoiada principalmente pela Army Research Office EUA através DCIST-W911NF-17-2-0181 e pela National Science Foundation através de uma subvenção carreira, PHY-1554488.