Ученые разработали новую общую основу для сравнения различных колебаний, что дает важную информацию в области неврологии и кардиологии. Преобразовав проблему сравнения осцилляторов в задачу линейной алгебры, команда теперь может сравнивать и понимать осцилляторы, которые, как считалось ранее, обладают разными свойствами, с помощью приложений, которые могут варьироваться от понимания колебаний сердца и мозга до анализа раскачивания небоскребов.


Международная группа исследователей предложила универсальную структуру для объяснения «колебаний».

Нас окружают случайные ритмы жизни — от гипнотического синхронизированного моргания светлячков… до покачивания взад-вперед ребенка на качелях… до тонких изменений в устойчивом ритме человеческого сердца.

Однако ученые до сих пор не знают, как по-настоящему понять эти закономерности, известные как стохастические или стохастические колебания. Несмотря на некоторый прогресс в анализе мозговых волн и сердечных ритмов, исследователи и врачи до сих пор не могут сравнить или систематизировать бесчисленные изменения и источники.

«Если мы сможем глубже понять основные причины колебаний, мы сможем добиться успехов в нейробиологии, кардиологии и во многих других областях», — сказал Питер Томас, профессор прикладной математики в Университете Кейс Вестерн Резерв.

Томас входит в международную команду исследователей, которые утверждают, что разработали новую общую основу для сравнения и противопоставления колебаний – независимо от лежащих в их основе механизмов – которая однажды может стать ключевым шагом на пути к полному пониманию колебаний.

Результаты их исследования были недавно опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Мы превратили проблему сравнения осцилляторов в задачу линейной алгебры», — сказал Томас. То, что мы сделали, было гораздо точнее, чем предыдущие исследования. Это большой концептуальный прогресс. "

По словам исследователей, теперь другие могут сравнивать, лучше понимать и даже манипулировать осцилляторами, которые, как считалось ранее, имели совершенно другие свойства.

Например, если клетки вашего сердца нарушат синхронизацию, вы можете умереть от фибрилляции предсердий. Но если клетки вашего мозга слишком синхронизированы, у вас может развиться болезнь Паркинсона или эпилепсия, в зависимости от того, в каком месте мозга происходит синхронизация. Используя нашу новую концепцию, ученые, изучающие сердце и мозг, смогут лучше понять, что означают колебания и как сердце или мозг работают или меняются со временем.

Томас сказал, что исследователи, в том числе сотрудники из университетов Франции, Германии и Испании, открыли новый способ использования комплексных чисел для описания синхронизации осцилляторов и их «шума», или неточного времени. Большинство колебаний в той или иной степени нерегулярны. Например, сердечный ритм не является на 100% регулярным. Естественные колебания сердцебиения в пределах 5–10 % считаются здоровыми. Проблему сравнения осцилляторов можно проиллюстрировать двумя разными примерами: ритмами мозга и покачивающимися небоскребами.

«В Сан-Франциско современные небоскребы раскачиваются на ветру, подвергаясь случайным изменениям воздушных потоков – они слегка отклоняются от вертикали, но механические свойства конструкции тянут их назад», – сказал он. «Такое сочетание гибкости и эластичности помогает высотным зданиям выдерживать тряску во время землетрясений. Вы не думаете, что этот процесс можно сравнить с мозговыми волнами, но наша новая система позволяет вам это сделать».

Возможно, до сих пор неясно, как их открытие поможет двум дисциплинам — машиностроению и нейробиологии. Он сравнил это концептуальное достижение с открытием Галилеем спутников Юпитера, вращающихся вокруг него.

Он сказал: «То, что понял Галилей, было новой перспективой. Хотя наше открытие не так далеко идущее, как открытие Галилея, оно все же представляет собой изменение точки зрения. То, что мы сообщаем в статье, — это совершенно новый взгляд на стохастические осцилляторы».