Para um estudioso de inglês ou leitor ávido, o Cânon de Shakespeare representa algumas das maiores obras literárias da língua inglesa. Para um cientista de rede, As 37 peças de Shakespeare e as 884, 421 palavras que eles contêm também representam uma rede de comunicação extremamente complexa. Cientistas da rede, que empregam matemática, física, e ciência da computação para estudar sistemas vastos e interconectados, têm a tarefa de usar abordagens estatisticamente rigorosas para entender como redes complexas, como tudo de Shakespeare, transmitir informações ao cérebro humano.

Nova pesquisa publicada em Física da Natureza usa ferramentas da ciência da rede para explicar como redes de comunicação complexas podem transmitir com eficiência grandes quantidades de informações para o cérebro humano. Conduzido pelo pós-doutorado Christopher Lynn, alunos de pós-graduação Ari Kahn e Lia Papadopoulos, e a professora Danielle S. Bassett, o estudo descobriu que diferentes tipos de redes, incluindo aqueles encontrados em obras de literatura, peças musicais, e conexões sociais, têm uma estrutura subjacente semelhante que lhes permite compartilhar informações de forma rápida e eficiente.

Tecnicamente falando, uma rede é simplesmente uma representação estatística e gráfica de conexões, conhecido como bordas, entre diferentes endpoints, chamados nós. Em peças de literatura, por exemplo, um nó pode ser uma palavra, e uma aresta pode conectar palavras quando aparecem próximas umas das outras ("meu" - "reino" - "para" - "um" - "cavalo") ou quando transmitem ideias ou conceitos semelhantes ("amarelo" - "laranja" -"vermelho").

A vantagem de usar ciência de rede para estudar coisas como linguagens, diz Lynn, é que uma vez que os relacionamentos são definidos em pequena escala, os pesquisadores podem usar essas conexões para fazer inferências sobre a estrutura de uma rede em uma escala muito maior. "Depois de definir os nós e arestas, você pode diminuir o zoom e começar a perguntar sobre como é a estrutura de todo o objeto e por que tem essa estrutura específica, "diz Lynn.

Com base no estudo recente do grupo que modela como o cérebro processa informações complexas, os pesquisadores desenvolveram uma nova estrutura analítica para determinar quanta informação uma rede transmite e quão eficiente ela é na transmissão dessas informações. “Para calcular a eficiência da comunicação, você precisa de um modelo de como os humanos recebem as informações, " ele diz.

Com esta estrutura analítica, os pesquisadores avaliaram 40 redes de comunicação do mundo real para ver quais recursos eram cruciais para a comunicação de informações. Eles olharam para as obras da literatura inglesa, incluindo o cânone de "Orgulho e Preconceito de Shakespeare e Jane Austen, "junto com peças musicais como Sonata No 11 de Mozart e" Bohemian Rhapsody "da Rainha. Eles também estudaram redes de relações sociais, incluindo redes de coautoria em ciências e conexões de amigos no Facebook.

Depois de olhar para este grupo diversificado de redes, os pesquisadores descobriram que a estrutura em grande escala de uma rede era essencial para a capacidade dessa rede de transmitir informações. O que foi surpreendente foi como essa estrutura era semelhante nas diferentes redes, se a rede estava representando transições de substantivos em uma obra literária ou progressões melódicas em uma peça musical.

O que torna essas redes ricas em informações e eficientes é um equilíbrio entre dois recursos-chave de rede conhecidos como estrutura de "comunidade" e estrutura "heterogênea". A estrutura da comunidade ocorre quando os nós se agrupam e formam clusters que evocam conceitos relacionados. Dizer a palavra "cachorro" pode trazer à mente "bola, "" Frisbee, "ou" osso, "por exemplo. Essa estrutura de comunidade ajuda a tornar as redes mais eficientes porque uma pessoa pode antecipar que palavra ou ideia virá a seguir.

Mas se uma pessoa pode antecipar o que vem a seguir, não haverá muita informação transmitida porque a informação está diretamente relacionada à surpresa. Para fornecer informações, as redes precisam ter uma mistura "heterogênea" de nós bem e esparsamente conectados. Veja as obras de Shakespeare como exemplo. Enquanto "o" e "e" são usados ​​28, 944 e 27, 317 vezes, respectivamente, também há 12, 493 formas de palavras que ocorrem apenas uma vez. "Em um hub como, 'a, 'você não pode antecipar para onde está prestes a ir, "diz Lynn." Acontece que esses nós de hub são realmente importantes para gerar surpresa ou, equivalentemente, em formação."

O que é fascinante para Lynn é como o equilíbrio entre a estrutura heterogênea e a comunidade é a chave para a criação de redes ricas em informações, mas também fáceis de interpretar. "As pessoas estudam essas duas estruturas há muito tempo; são dois dos conceitos fundamentais da ciência de redes, ", diz ele." Este estudo explica por que algumas dessas redes estão estruturadas da maneira que estão:porque estão tentando comunicar informações de forma eficiente. Isso é o que eu acho que é a parte mais legal, " ele diz.

Os pesquisadores continuarão este trabalho expandindo os tipos de redes de comunicação que avaliam, com o objetivo de procurar tendências ao longo do tempo e diferenças e semelhanças entre as obras de outras línguas e culturas. "Também estamos particularmente interessados ​​em delinear como a comunicação eficiente está relacionada à correção de erros, "diz Bassett." Nossas descobertas preliminares sugerem que as redes do mundo real ajudam os humanos a corrigir automaticamente seus próprios erros. "