11.01.2021

Rauschen synchronisiert Netzwerke

Neuer dynamischer Effekt könnte eine wichtige Rolle in Netzwerken von Nervenzellen spielen.

Wechsel­wirkende, schwingende Systeme können ihre Frequenz und ihren Schwingungs­zustand aneinander angleichen. Schwingen viele Komponenten eines komplexen Systems im Gleichklang, spricht man von Synchro­nisation – ein Phänomen, das biologisch in der inneren Uhr oder den Zellen im schlagenden Herzen die Funk­tionalität überhaupt erst ermöglicht. Auch in Lasern oder Strom­netzwerken ist Synchroni­sation technisch gewollt, in anderen Bereichen jedoch nicht erwünscht und destruktiv, wie etwa bei verschiedenen Erkrankungen des Nervensystems oder bei strukturellem Versagen von Bauwerken durch sich selbst verstärkende Schwingungen.

Abb.: Influencer-Netzwerk mit 100 Influencern (rote Knoten) und ein...
Abb.: Influencer-Netzwerk mit 100 Influencern (rote Knoten) und ein Influencer-Netzwerk von poli­tischen Blogs nach den US Präsident­schaftswahlen 2004 mit den acht am stärksten verlinkten Seiten als Influencern. (Bild: R. Tönjes, U. Potsdam)

Forscher der Universität Potsdam entdeckten nun einen Effekt in Netzwerken schwin­gender Systeme, die über Influencer verbunden sind. Influencer sind Knoten in Netzwerken mit großem dynamischen Einfluss und vielen Verbindungen, die unter bestimmten Bedingungen ein Netzwerk besser synchro­nisieren können. Dafür müssen sie einer Zufallskraft, dem Rauschen, mit optimaler Stärke ausgesetzt sein. „In der Neuro­wissenschaft ist der förder­liche Einfluss von Rauschen auf kognitive Prozesse seit langem unter dem Begriff Kohärenz-Resonanz bekannt.

„Der Mechanismus, den wir in unserer Arbeit beschreiben, ist jedoch neu und könnte eine wichtige Rolle in Netzwerken von Nerven­zellen oder in Konsens­modellen zur Meinungs­ausbreitung spielen“, sagt Physiker Ralf Tönjes. „Die neuen Erkennt­nisse könnten dabei helfen, unser Verständnis von Synchroni­sation im Gehirn zu erweitern und neue Therapien für neuronale Erkrankungen wie beispielsweise Parkinson oder Epilepsie zu entwickeln oder Meinungs­bildung in großen Gruppen über Influencer entweder gezielt zu beschleunigen oder Radi­kalisierung gegebenenfalls zu verhindern.“

U. Potsdam / JOL

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