Hvad gør Bohemian Rhapsody, Macbeth, og en liste over Facebook-venner alle har til fælles?

Til en engelsk lærd eller ivrig læser, Shakespeare Canon repræsenterer nogle af de største litterære værker i det engelske sprog. Til en netværksforsker, Shakespeares 37 skuespil og 884, De 421 ord, de indeholder, repræsenterer også et enormt komplekst kommunikationsnetværk. Netværksforskere, der bruger matematik, fysik, og datalogi til at studere store og indbyrdes forbundne systemer, har til opgave at bruge statistisk stringente tilgange til at forstå, hvordan komplekse netværk, ligesom hele Shakespeare, formidle information til den menneskelige hjerne.

Ny forskning offentliggjort i Naturfysik bruger værktøjer fra netværksvidenskab til at forklare, hvordan komplekse kommunikationsnetværk effektivt kan formidle store mængder information til den menneskelige hjerne. Ledet af postdoc Christopher Lynn, kandidatstuderende Ari Kahn og Lia Papadopoulos, og professor Danielle S. Bassett, undersøgelsen viste, at forskellige typer netværk, herunder dem, der findes i litteraturværker, musikalske stykker, og sociale forbindelser, har en lignende underliggende struktur, der giver dem mulighed for at dele information hurtigt og effektivt.

Teknisk set, et netværk er simpelthen en statistisk og grafisk repræsentation af forbindelser, kendt som kanter, mellem forskellige endepunkter, kaldet noder. I stykker af litteratur, for eksempel, en node kan være et ord, og en kant kan forbinde ord, når de optræder ved siden af ​​hinanden ("mit" — "rige" — "for" — "en" — "hest"), eller når de formidler lignende ideer eller koncepter ("gul" - "orange" -"rød").

Fordelen ved at bruge netværksvidenskab til at studere ting som sprog, siger Lynn, er, at når relationer først er defineret i lille skala, forskere kan bruge disse forbindelser til at drage slutninger om et netværks struktur i meget større skala. "Når du har defineret noderne og kanterne, du kan zoome ud og begynde at spørge om, hvordan strukturen af ​​hele dette objekt ser ud, og hvorfor det har den specifikke struktur, " siger Lynn.

Med udgangspunkt i gruppens nylige undersøgelse, der modellerer, hvordan hjernen behandler kompleks information, forskerne udviklede en ny analytisk ramme til at bestemme, hvor meget information et netværk formidler, og hvor effektivt det er til at formidle denne information. "For at beregne effektiviteten af ​​kommunikationen, du har brug for en model for, hvordan mennesker modtager informationen, " han siger.

Med denne analytiske ramme, forskerne evaluerede 40 virkelige kommunikationsnetværk for at se, hvilke funktioner der var afgørende for at kommunikere information. De så på værker af engelsk litteratur, herunder Shakespeares og Jane Austens kanon "Pride and Prejudice", "sammen med musikalske stykker som Mozarts Sonata nr. 11 og Queens "Bohemian Rhapsody." De studerede også netværk af sociale relationer, herunder medforfatternetværk inden for videnskab og Facebook-venneforbindelser.

Efter at have set på denne mangfoldige gruppe af netværk, forskerne fandt ud af, at den store struktur af et netværk var afgørende for netværkets evne til at formidle information. Det overraskende var, hvor ens denne struktur var på tværs af de forskellige netværk, om netværket repræsenterede navneordsovergange i et litteraturværk eller melodiske progressioner i et musikstykke.

Det, der gør disse netværk både informationsrige og effektive, er en balance mellem to centrale netværksfunktioner kendt som "fællesskabs"-struktur og "heterogen" struktur. Fællesskabsstruktur opstår, når noder klumper sig sammen og danner klynger, der fremkalder relaterede koncepter. At sige ordet "hund" kan måske bringe tankerne hen på "bold, " "frisbee, " eller "knogle, " for eksempel. En sådan fællesskabsstruktur hjælper med at gøre netværk mere effektive, fordi en person kan forudse, hvilket ord eller en idé der kan komme næste gang.

Men hvis en person kan forudse, hvad der kommer næste gang, der vil ikke blive formidlet meget information, fordi information er direkte relateret til overraskelse. For at give oplysninger, netværk skal have en "heterogen" blanding af både godt forbundne og sparsomt forbundne noder. Tag Shakespeares værker som eksempel. Mens "den" og "og" bruges 28, 944 og 27, 317 gange, henholdsvis, der er også 12, 493 ordformer, der kun forekommer én gang. "På et knudepunkt som 'det, ' du kan ikke forudse, hvor du skal hen, " siger Lynn. "Det viser sig, at disse hub noder er virkelig vigtige for at skabe overraskelser eller, tilsvarende, Information."

Det, der er fascinerende for Lynn, er, hvordan balancen mellem heterogen og samfundsstruktur er nøglen til at skabe netværk, der både er informationsrige, men også lette at fortolke. "Folk har studeret disse to strukturer i lang tid; de er to af de grundlæggende begreber inden for netværksvidenskab, " siger han. "Denne undersøgelse giver en forklaring på, hvorfor nogle af disse netværk er struktureret, som de er:fordi de forsøger at kommunikere information effektivt. Det er det, jeg synes, det fedeste er, " han siger.

Forskerne vil fortsætte dette arbejde ved at udvide de typer kommunikationsnetværk, de evaluerer, med det mål at lede efter tendenser på tværs af tid og efter forskelle og ligheder mellem andre sprogs og kulturers værker. "Vi er også særligt interesserede i at afgrænse, hvor effektiv kommunikation er relateret til fejlkorrektion, " siger Bassett. "Vores foreløbige resultater tyder på, at netværk i den virkelige verden hjælper mennesker med automatisk at korrigere for deres egne fejl."