Toepassing eenvoudige modellen voor begrip van complexe systemen

VU-natuurkundigen Antonio Costa, Greg Stephens en collega Tosif Ahamed van de Universiteit van Okinawa, Japan, onderzochten hoe eenvoudige modellen als bouwstenen gebruikt kunnen worden om de dynamica van complexe systemen te begrijpen, van hersenen tot gedrag.

24-01-2019 | 14:59

Het onderzoek is deze week gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.

Complexe systemen komen veel voor in de natuur: weerpatronen, collectieve beweging van insectenzwermen en zelfs de activiteit van onze hersenen zijn enkele voorbeelden van complex dynamisch gedrag. Deze verschijnselen vertonen dynamica die door zeer eenvoudige modellen beschreven kunnen worden. De rondworm C. elegans is bijvoorbeeld een belangrijk modelorganisme voor de bestudering hiervan.

De onderzoekers pasten hun methode toe op videobewegingsgegevens van de C. elegans, en stelden kleine verschillen vast in de manier waarop deze wormen kruipen; van grof gedrag zoals vooruitgaan of draaien tot bewegingen van een fijnere schaal. Ze analyseerden ook de hersenactiviteit van deze wormen en ontdekten dat de dynamiek op een heel speciale plaats balanceert tussen stabiliteit en instabiliteit.

Dit biedt een grote mate van flexibiliteit aan levende systemen, waardoor ze hun gedrag snel kunnen veranderen. In het geval van de beweging van de worm betekent dit bijvoorbeeld dat het zweeft op de rand van het ene gedrag en het andere en constant moet reageren en zich moet aanpassen aan veranderingen.