Para un estudioso de inglés o un ávido lector, el Canon de Shakespeare representa algunas de las mejores obras literarias del idioma inglés. Para un científico de la red, las 37 obras de Shakespeare y las 884,421 palabras que contienen también representan una red de comunicación masivamente compleja.quienes emplean matemáticas, física e informática para estudiar sistemas vastos e interconectados, tienen la tarea de utilizar enfoques estadísticamente rigurosos para comprender cómo las redes complejas, como todo Shakespeare, transmiten información al cerebro humano.
Nueva investigación publicada en Física de la naturaleza utiliza herramientas de la ciencia de redes para explicar cómo las redes de comunicación complejas pueden transmitir eficientemente grandes cantidades de información al cerebro humano. Realizado por el postdoc Christopher Lynn, los estudiantes graduados Ari Kahn y Lia Papadopoulos, y la profesora Danielle S. Bassett, el estudio encontró quediferentes tipos de redes, incluidas las que se encuentran en obras de literatura, piezas musicales y conexiones sociales, tienen una estructura subyacente similar que les permite compartir información de manera rápida y eficiente.
Técnicamente hablando, una red es simplemente una representación estadística y gráfica de conexiones, conocidas como bordes, entre diferentes puntos finales, llamados nodos. Por ejemplo, en una literatura, un nodo puede ser una palabra, y un borde puede conectar palabras cuandoaparecen uno al lado del otro "mi" - "reino" - "para" - "a" - "caballo" o cuando transmiten ideas o conceptos similares "amarillo" - "naranja" -"rojo".
La ventaja de usar la ciencia de redes para estudiar cosas como los idiomas, dice Lynn, es que una vez que las relaciones se definen a pequeña escala, los investigadores pueden usar esas conexiones para hacer inferencias sobre la estructura de una red a una escala mucho mayor ". Una vez que se definelos nodos y los bordes, puede alejarse y comenzar a preguntar sobre cómo se ve la estructura de todo este objeto y por qué tiene esa estructura específica ", dice Lynn.
Partiendo del estudio reciente del grupo que modela cómo el cerebro procesa la información compleja, los investigadores desarrollaron un nuevo marco analítico para determinar cuánta información transmite una red y qué tan eficiente es para transmitir esa información ". Para calcular la eficiencia dela comunicación, necesita un modelo de cómo los humanos reciben la información ", dice.
Con este marco analítico, los investigadores evaluaron 40 redes de comunicación del mundo real para ver qué características eran cruciales para comunicar información. Examinaron obras de literatura inglesa, incluido el canon de "Orgullo y prejuicio" de Shakespeare y Jane Austen, junto conpiezas musicales como Sonata No 11 de Mozart y "Bohemian Rhapsody" de Queen. También estudiaron redes de relaciones sociales, incluidas redes de coautoría en ciencia y conexiones de amigos de Facebook.
Después de observar este grupo diverso de redes, los investigadores descubrieron que la estructura a gran escala de una red era esencial para la capacidad de esa red de transmitir información. Lo sorprendente fue cuán similar era esta estructura en las diferentes redes, ya seaLa red representaba transiciones de sustantivos en una obra literaria o progresiones melódicas en una pieza musical.
Lo que hace que estas redes sean ricas en información y eficientes es un equilibrio entre dos características clave de la red conocidas como estructura "comunitaria" y estructura "heterogénea". La estructura comunitaria ocurre cuando los nodos se agrupan y forman grupos que evocan conceptos relacionados. Decir la palabra"perro" podría traer a la mente "pelota", "Frisbee" o "hueso", por ejemplo. Dicha estructura comunitaria ayuda a hacer que las redes sean más eficientes porque una persona puede anticipar qué palabra o idea podría venir después.
Pero si una persona puede anticipar lo que vendrá después, no se transmitirá mucha información porque la información está directamente relacionada con la sorpresa. Para proporcionar información, las redes deben tener una mezcla "heterogénea" de nodos bien conectados y escasamente conectadosTomemos como ejemplo los trabajos de Shakespeare. Si bien "the" y "y" se usan 28,944 y 27,317 veces, respectivamente, también hay 12,493 formas de palabras que solo aparecen una vez ". En un centro como 'the', puedesNo anticipe a dónde va a ir ", dice Lynn." Resulta que estos nodos concentradores son realmente importantes para generar información sorpresa o, de manera equivalente, ".
Lo que es fascinante para Lynn es cómo el equilibrio entre la estructura heterogénea y la comunidad es clave para crear redes que sean ricas en información pero también fáciles de interpretar. "Las personas han estudiado estas dos estructuras durante mucho tiempo; son dos de los fundamentosconceptos de ciencia de redes ", dice." Este estudio da una explicación de por qué algunas de estas redes están estructuradas de la manera en que están: porque están tratando de comunicar información de manera eficiente. Eso es lo que creo que es la mejor parte ", dice.
Los investigadores continuarán este trabajo expandiendo los tipos de redes de comunicación que evalúan, con el objetivo de buscar tendencias a través del tiempo y las diferencias y similitudes entre los trabajos de otros idiomas y culturas. "También estamos particularmente interesados en delinear cómola comunicación eficiente está relacionada con la corrección de errores ", dice Bassett." Nuestros hallazgos preliminares sugieren que las redes del mundo real ayudan a los humanos a corregir automáticamente sus propios errores ".
Esta investigación fue apoyada principalmente por la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. A través de DCIST-W911NF-17-2-0181 y por la National Science Foundation a través de una beca CAREER, PHY-1554488.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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