Forschung

Rauschen synchronisiert Netzwerke

11.01.2021 - 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.

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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