A szakemberek a közelmúltban a Nature Scientific Reports-ban publikálták legfrissebb megfigyeléseik eredményét.

„Számunkra is meglepő volt, hogy a legkülönbözőbb hálózatokban az absztrakció szintjén mennyire hasonló törvényszerűségeket figyelhetünk meg” – hangsúlyozta Heszberger Zalán, a Villamosmérnöki és Informatikai Kar Távközlési és Médiainformatikai Tanszékének docense, aki kollégáival a közelmúltban publikálta legfrissebb kutatásait a Nature Scientific Reports folyóiratban.

„Ebben meghatározó szerepe van annak, hogy az egyes csomópontok és összeköttetéseik milyen struktúrában kapcsolódnak egymáshoz, ami nemcsak a rendszer külalakját, hanem – szinte önbeteljesítő módon – a működését is befolyásolja. A korábbi kutatások főként a hálózatok szerkezetét tárták fel, de mi tovább léptünk és inkább a rendszerben zajló folyamatok dinamizmusát, egészen pontosan az információterjedést vizsgáltuk. A mostani cikkhez is a fő motivációt a kutatócsoportunk korábbi tevékenysége közben felmerült kérdésekből merítettük.”

A kutatók négy különböző hálózatot tanulmányoztak: az internetét, a légiközlekedését, az agyterületek közötti összeköttetésekét, valamint egy szójátékét. „Ezek az egymástól távol eső rendszerek három szabályszerűséget mutatnak” – magyarázta Heszberger Zalán. „Az első, könnyen indokolható, és talán nem meglepő kijelentés, hogy a fizikai hálózatok – ilyen például az internet – energiaminimumra törekednek: az információáramlás kezdő és végpontja közötti út rendszerint a legrövidebb” – hívta fel a figyelmet az oktató-kutató.

További eredményük annak megállapítása volt, hogy ezek az információs útvonalak nem szeretnek úgynevezett „völgyeket” tartalmazni, azaz a több kapcsolattal rendelkező, magasabb hierarchiaszinten lévő csomópontok ritkán kommunikálnak az alacsonyabban lévőkön keresztül. „Egy munkahelyen sem szeretnek a hierarchia csúcsán lévők – például a főnökök – a beosztottakon keresztül kommunikálni” – mutatta be egy hétköznapi példán keresztül a jelenséget a kutató, ami a repterek hálózatára is jellemző: két nagy légikikötő között nem valószínű, hogy egy kisebben keresztül oldják meg az átszállást – még ha az ellenkező irányba kell is először elindulni.

A harmadik megfigyelés, hogy az információ törekszik a magas hierarchiaszinten lévő csomópontokat tömörítő magok megkerülésére. „Nem szólok a főnöknek, ha nem muszáj, mert az sokba kerül, és elköteleződést jelenthet” – gondolta tovább a vállalati példát a kutató.

Az internetet megcélzó vizsgálódásaik részben a korábbi kutatásaikra épülnek. „Az internetes útvonal-választás megfigyelésekor nagyon sok mérést végeztünk, így jártasak vagyunk a témában” – emlékezett Heszberger Zalán. „A szabályokat felismerve kezdtük el vizsgálni, hogy e törvényszerűségek jelentkeznek-e más hálózatoknál is.”

A kutatók a weben sajátos jelenséget figyeltek meg: annak ellenére, hogy az internet mesterséges fizikai rendszer, hasonlóságot mutat az evolúció révén kialakult természetes hálózatokkal. A magas hierarchiaszintű, azaz a sok csomóponttal rendelkező szolgáltatók nem cserélnek forgalmat alacsonyabb rangú szolgáltatóval. „A titok nyitja, hogy a kommunikáció magasabb szintjén – ahol például a szolgáltatók kommunikálnak – már emberi döntéseken alapuló természetes hálózatokról beszélhetünk, amelyeket gyakran vállalati folyamatok befolyásolnak. A nagy cégek vezetői egymással tárgyalnak és ebbe nem szeretik a kicsiket bevonni általában üzleti-stratégiai okokból adódóan. Ez a már említett második szabályszerűséget példázza.”

„Az agyi területek közötti információátvitel folyamatában még sok tisztázatlan kérdéssel találkozhatunk” – hívta fel a figyelmet Bíró József, a VIK Távközlési és Médiainformatikai Tanszékének egyetemi tanára, a kutatócsoport tagja, aki hozzátette, az agyi hálózatok vizsgálatánál amerikai és svájci agykutatókkal konzultáltak. „Az fMRI vizsgálatokkal a különböző agyterületek aktivitását vizsgálják, valamint azt, hogy ezeket milyen idegpályák kötik össze. A funkcionalitás és a szerkezeti megfigyelések összekapcsolása az agykutatók ’Szent Grálja’. A kettőt kell kombinálni, hogy rájöjjünk, az információ miképpen terjed az agyban, milyen hálózatok révén működik a gondolkodás.”

Egy korábbi publikációjuk okán ismerkedtek meg egy amerikai-orosz tudóssal, aki az agyi területekkel összefüggő mérési eredményeket küldött magyar kollégáinak. Az adathalmaz negyven ember agyműködésének megfigyeléseit tartalmazta: először nyolcvan, majd ezer különböző rész kooperációját vizsgálták, egyúttal mérték az idegpályák sűrűségét, erősségét. „Az agykutatók segítettek értelmezni e folyamatokat, hiszen ez külön tudomány teljesen más fogalmakkal, mint amilyeneket mi általában használunk” – idézte fel Bíró József.

„Az agyi hálózatok működési modelljében is felfedeztük a korábban említett szabályszerűségeket, de ez még sok feltárni valót ad a későbbi kutatások számára is” – tette hozzá Heszberger Zalán. „Úgy tűnik – bár ez egyelőre inkább csak ötlet – az úgynevezett Hebb-szabály segíthet a kapcsolatok kiépülésének megértésében, ami szerint – némileg leegyszerűsítve – ha két idegsejt vagy agyterület között gyakrabban fordul elő aktív kapcsolat, akkor az megerősödik. Vagyis az agyterületek között is kialakulhatnak a ’gazdagok klubjára’ vonatkozó modellek.” (A Gulyás András vezette kutatócsoport egy korábbi publikációban foglalkozott a jelenséggel, amelyről a bme.hu is beszámolt – szerk.)

A kutató a témákat két fő csoportba rendezte: az egyik típusban jellemzően az elméleti megközelítés a lényeges, a másikban pedig egy megfoghatóbb tárgy áll a vizsgálódás középpontjában, jellemzően ilyen az agyi tevékenységek adathalmaza. „A nagy, mérésekre alapuló adathalmazok rendkívül értékesek” – hangsúlyozta.

A korábbi kapcsolataiknak köszönhették, hogy az agyi felvételeket az elsők között kapták meg külföldi kollégáiktól, akikkel így a közös publikáció reményében együttműködhettek. Emellett saját adathalmaz megteremtését is célul tűzték ki: ez a „fit-fat-cat” elnevezésű szókereső játék elkészítése fémjelzi, amelynek koncepcióját Slíz Marian-nal, az ELTE- nyelvészével alkották meg. A játék lényege, hogy a több mint ezer hárombetűs értelmes angol szó felhasználásával az egyik szóból egy betű felcserélésével – szóláncot kialakítva – a legrövidebb úton kell a megadott másik szóhoz eljutni.

„Szerencsére megvolt a fejlesztői hátterünk egy ingyenesen letölthető mobil-applikáció kifejlesztéséhez.” – emlékezett Bíró József. „Anonim módon vethettük össze a játékosok útvonal-használatának jellegzetességeit, és ezt grafikus módon ábrázoltuk. A munka révén kényelmesen jutottunk értékes adatokhoz, és nem kellett egy csomó embert leültetni a mérésekhez.”

A kutatók azt tervezik, hogy a nagy értékű saját adathalmazról a közeljövőben a Nature egyik al-folyóiratában, a hasonló kutatások fórumaként létrehozott Scientific Datában külön tanulmányként publikálnak majd. Bíró József úgy vélte, maga a kutatási projekt és a publikáció megjelentetése is értelmezhető a hálózatkutatás eszközeivel. „Mindenekelőtt kapcsolatokra volt szükség a külföldi agykutatókhoz, amelyek kiépítésében Gulyás András kollégánk tudása is kellett. Ő nem a kutatócsoport hierarchiájának csúcsán lévő tudóst célozta meg levelével, mert onnan valószínűleg nem kapott volna választ, hanem azt a szintet – kutatót –, amelyiknél nagyobb eséllyel lehetett meggyőzni a vezetőt az együttműködés hasznáról. Így végül többen meglátták a fantáziát a közös munkában, amelynek egyik, de nem végső állomása a közelmúltban megjelent cikk. A hálózatok folyamatosan témákat adnak, így már a következő publikációnkat előkészítő kutatásainkat végezzük.”

HA - GI

Fotó: Philip János, Nature Scientific Reports