¿Qué pasaría si cortamos el 90 por ciento de los enlaces en una red neuronal? "No mucho, siempre y cuando sus enlaces más críticos permanezcan intactos", dice Simachew Abebe Mengiste. En su investigación actual, el matemático y estudiante de doctorado en el BernsteinEl Centro de Friburgo BCF estudia lo que sucede si una red compleja está bajo ataque mediante la poda sistemática de sus enlaces. Su artículo titulado "Efecto de la poda de bordes en la capacidad de control estructural y la observabilidad de redes complejas", que se publicó en Informes científicos, la revista en línea de acceso abierto por los editores de Naturaleza , ofrece nuevas perspectivas para comprender los mecanismos subyacentes a las enfermedades neurodegenerativas y la dinámica de las redes complejas.
Nuestro universo está lleno de sistemas que interactúan. Redes como redes eléctricas, Internet o redes sociales determinan nuestra rutina diaria. Las redes neuronales biológicas BNN son el ejemplo más complejo de tales sistemas. En nuestro cerebro, ambos estadoslos nodos, las neuronas y el patrón de su interacción, sus conexiones sinápticas, cambian progresivamente a lo largo de nuestras vidas. Mengiste investigó cómo se pueden controlar y observar tales sistemas, particularmente cuando están bajo ataque. El objetivo de su investigación es comprender elcondiciones requeridas para lograr la capacidad de control estructural de las redes. "En los sistemas dinámicos, la capacidad de control significa poder dirigir el estado de la red desde donde está actualmente hasta donde usted quiere que esté", dice Mengiste. "A este respecto, la capacidad de control estructural proporcionaherramientas para identificar la cantidad mínima de nodos en una red requerida para diseñar una estructura controlable para todo el sistema ". Debido a que las redes a menudo no son estáticas enes probable que cambie su estructura, su configuración de control óptima: "Considere la red de calles en una ciudad.Cuando hay un sitio de construcción, algunos caminos deben ser bloqueados.Esto se parece a la eliminación de algunos enlaces en una red.En tal situación, las autoridades deben asegurarse de que todos los lugares de la ciudad sigan siendo accesibles.Para esto, es crucial identificar las carreteras más frecuentadas y adaptar la orientación del tráfico en consecuencia para evitar el colapso del tráfico ", explica Mengiste." Utilizando la idea de la capacidad de control estructural, no solo podemos identificar los enlaces críticos entre dos destinos, sinotambién calcule cuántas carreteras podrían bloquearse, mientras la red principal permanece intacta "
Las redes neuronales biológicas, como la mayoría de las redes del mundo real, son relativamente resistentes a la eliminación aleatoria de sus bordes. Cuando no se conoce la estructura completa de la red, un ataque progresivo en sus bordes, matando sistemáticamente los enlaces de nodos individuales, uno por uno, es muy eficiente para alterar la configuración de control de muchos tipos de redes. Cuando se conoce la estructura de red completa, Mengiste puede idear estrategias de ataque de borde aún más potentes que no afectan la capacidad de control o, alternativamente, paralizan la red rápidamente ".los conocimientos no solo pueden ayudar a proteger estructuralmente las redes complejas, como las redes neuronales, las redes de aeropuertos, las redes de calles o algunas redes sociales, que son muy sensibles a los ataques intencionales en sus bordes críticos, sino que también pueden ayudarnos a definir estrategias más eficientes para atacardinámicas de red potencialmente dañinas, como la distribución de enfermedades pandémicas, y pueden ayudarnos a comprender la dinámica de dicha estructuraures ", explica Mengiste.
Una situación similar surge en un cerebro que padece una enfermedad neurodegenerativa como el Alzheimer o la enfermedad de Huntington, que generalmente resultan en la muerte de las neuronas y el fracaso de las sinapsis ". En estas enfermedades, las estructuras de la red se deterioran gradualmente hasta que alcanzan una etapa enqué mecanismos de compensación natural ya no pueden compensar la pérdida de neuronas y sinapsis ", dice Mengiste." Como resultado, las entradas ya no pueden alcanzar sus objetivos de manera eficiente y efectiva. "Por lo tanto, es útil volver a analizar la estructura de control de talesredes bajo ataque e identificar dónde se necesitan entradas adicionales.
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Materiales proporcionado por Albert-Ludwigs-Universität Freiburg . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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