Promotie uitgelicht: Rick Quax
Op 14 maart promoveert Rick Quax (1985) bij het Informatics Institute (IvI). Hij creëerde een theorie om te voorspellen hoe complexe systemen functioneren. Het blijkt dat deeltjes die veel interactie hebben met andere deeltjes op de korte termijn weinig invloed hebben op het systeem.
Wat is je opmerkelijkste uitkomst?
‘Ik heb een nieuwe theorie opgesteld om complexe systemen beter te begrijpen. Je hebt reguliere en complexe systemen. Van reguliere systemen kun je het gedrag als geheel voorspellen als je het gedrag van alle individuele deeltjes weet. Bij complexe systemen kan dat niet. Daar worden individuele gedragingen zodanig met elkaar vermengd dat ze niet te volgen zijn. Een voorbeeld is ons brein. Zelfs als we weten hoe neuronen zich afzonderlijk gedragen, weten we niet hoe het brein als geheel functioneert. Mijn theorie voorspelt dat hoe meer interacties een neuron heeft met andere neuronen, hoe kleiner de invloed van die neuronen op de korte termijn zal zijn. Hoewel dat tegenstrijdig klinkt, verwachten we dat het een wijdverbreid fenomeen is in de natuur.’
Hoe heb je dit ontdekt?
‘Op twee manieren. Ik heb de theorie eerst op een wiskundige manier aangetoond. Ik heb hem uitgeschreven en er algebra op toegepast. Vervolgens heb ik simulaties gedaan met de supercomputer van SARA. Die heb ik urenlang alles parallel door laten rekenen. Uit beide bleek dus dat voor verschillende complexe systemen geldt dat hoe meer interacties een deeltje heeft met andere deeltjes, hoe lager de invloed van dit deeltje is op het systeem. Ik heb vervolgens gekeken of de theorie opgaat voor verschillende complexe systemen waar vergelijkbaar experimenteel onderzoek naar is gedaan, zoals het netwerk van proteine-interacties in een cel en een sociaal netwerk van mond-op-mondreclame.’
En daar kwam hetzelfde uit?
‘Deze experimenten tonen inderdaad een negatief verband tussen het aantal interacties en de invloed van een gen, neuron, of persoon, terwijl een verklaring hiervoor ontbreekt. Onze theorie vormt dus een plausibele verklaring voor het fenomeen. Al gaat de theorie niet op voor alle complexe systemen. Epidemiologische modellen zijn bijvoorbeeld een uitzondering. Hoe meer contact een besmet persoon heeft met anderen, hoe meer mensen er besmet raken, dus hoe groter zijn of haar invloed is op het totale systeem.’
Ga je hier vervolgonderzoek naar doen?
‘Op verschillende manieren zet ik dit onderzoek voort als postdoctoraal onderzoeker bij mijn promotor Peter Sloot. Samen met collega’s van het Swammerdam Institute for Life Sciences (SILS) willen we het toepassen op neuronennetwerken en experimenten doen. Zij bekijken onder andere de neuronale veranderingen bij epilepsie. Na een aanval verandert de netwerkstructuur tussen neuronen, met meer neuronen die weinig verbindingen hebben en minder neuronen die veel verbindingen hebben. Het is nog onbekend hoe groot de invloed van deze verandering op de hersenen is, maar we denken dat we deze invloed kunnen kwantificeren met mijn theorie. Verder ga ik kijken naar nieuwe metrieken van informatieoverdracht in complexe systemen. Ik begin steeds aan de theoretische kant, en zodra ik een nieuwe theorie heb gevonden, ga ik het valideren. Ik vond dat ook het leukste van mijn promotieonderzoek: dat het niet alleen theoretisch maar ook praktisch was.’
Auteur: Carin Röst