Voor de beste ervaring schakelt u JavaScript in en gebruikt u een moderne browser!
Switch to English

Bij complexe systemen sturen de bescheiden verbonden knooppunten de dynamica en evolutie van het gehele systeem. Dit ontdekten wetenschappers van het Instituut voor Informatica van de UvA met hun nieuwe manier om de dynamica van complexe systemen te bestuderen. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift 'Journal of the Royal Society Interface'.

Complexe systemen

Met informatie-theoretische modellen en gebruikmakend van een stukje natuurkunde uit 1920 konden de onderzoekers meten hoe de informatie-inhoud van elk onderdeel van een complex netwerk weglekt in het gehele systeem. Uitgebreide computersimulaties en wiskundige analyses lieten vervolgens zien dat de informatie van de meest verbonden (goed ‘benetwerkte’) knooppunten nauwelijks het geheel beïnvloedt. Het blijken juist de bescheiden verbonden knooppunten te zijn die de dynamica en evolutie van het gehele systeem sturen. 

Anti-intuïtief

 ‘Stel je bent de meest populaire persoon in je gehele vriendennetwerk. Iedereen kent je en je hebt meer vrienden dan wie dan ook. Of je bent een centraal neuron in de hersenen waar bijna alle andere neuronen mee verbonden zijn. Of je bent een eiwit waarvan heel veel andere eiwitten afhankelijk zijn. Je zou dan denken dat jouw mening, jouw signaal of jouw functie dominant is en de meeste invloed heeft op het gedrag van het gehele systeem. Maar dit blijkt niet het geval; bescheidenheid loont’ licht onderzoeker Peter Sloot toe. ‘Dit onverwachte resultaat is in de eerste instantie volkomen tegen de intuïtie in, maar daarom erg spannend. In ons onderzoek bestuderen we het gedrag van complexe systemen met behulp van wiskundige en computationele modellen. We zijn als het ware op zoek zijn naar de rekenregels van de natuur. In elk complex systeem spelen netwerken een belangrijke rol, van moleculaire netwerken - via sociale netwerken - tot verkeersnetwerken. Onze holy grail is dan ook een goed begrip van hoe de elementen van die netwerken het gedrag van het totale systeem bepalen.' 

Brede implicaties

De onderzoeksbevindingen hebben brede betekenis, wetenschappelijk en maatschappelijk. Zo zijn er  implicaties voor bijvoorbeeld het belang van de topologie (ruimtelijke structuur) van neuronale (hersen) netwerken en voor de evolutionaire voordelen van eiwit-eiwitnetwerken. Maar ook voor de wijze waarop invloedrijke personen in een sociaal netwerk de opinie beïnvloeden of voor de manier waarop websites als Amazon naar interessante producten leiden is het onderzoek belangwekkend. 

Publicatiegegevens

R. Quax, A. Apolloni & P.M.A. Sloot: ‘The diminishing role of hubs in dynamical processes on complex networks’, in: Journal of the Royal Society Interface (10, 20130568, 4 september 2013). http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2013.0568