Учёные СГУ доказали, что шум – случайные колебания – может синхронизировать даже самые сложные системы, такие как нейронные сети или технические устройства. Результаты проекта опубликованы в престижном научном журнале «Physica D: NonlinearPhenomena».
Представьте себе оркестр, где каждый музыкант играет свою партию, не прислушиваясь к другим и не следуя общему ритму. Вдруг случайные вибрации, например, от ветра или шагов, помогают музыкантам начать играть в унисон. Это и есть шумовая синхронизация – явление, которое изучают учёные.
Т.Е. Вадивасова,
профессор кафедры радиофизики и нелинейной динамики:
«Шум традиционно считается источником помех и ошибок, например, в технике связи или работе вычислительных устройств. Однако исследование показывает, что он может играть конструктивную роль. Управляя параметрами шума, такими как интенсивность и спектральные свойства, то есть частота, можно не только повысить согласованность системы, но и контролировать её поведение».
Физики СГУ рассмотрели, как случайные колебания в связях между элементами сложной многослойной системы могут вызывать синхронное поведение между разными слоями (подсистемами). Это исследование проводится в рамках междисциплинарной науки «нелинейная динамика», в которой изучается поведение сложных нелинейных систем, а также их устойчивость, например, по отношению к внешним шумовым воздействиям.
Это открытие имеет большое значение для многих областей. Например, в биологических нейронных сетях: в мозге шум от случайных электрических импульсов может участвовать в формировании упорядоченного поведения нейронов. Кроме того, исследование помогает создавать более эффективные сети, которые моделируют активность биологических нейронов и находят применение в области искусственного интеллекта.
Учёные планируют продолжить изучение эффектов шума в моделях, наиболее приближенных к реальным системам, включая системы с непрерывным временем, при различных типах шума. Это поможет лучше понять, как шум влияет на сложные системы в реальной жизни.
Г.И. Стрелкова,
заведующая кафедрой радиофизики и нелинейной динамики, руководитель исследования:
«Важно исследовать более реалистичные модели ансамблей и сетей, элементами которых являются осцилляторы, для которых время непрерывно, что наиболее приближено к реальным системам. Необходимо подтвердить, что установленные в нашем исследовании эффекты имеют место и для таких систем в присутствии непрерывных во времени источников шума с различными характеристиками. Планируется исследовать влияние гауссова белого и цветного шума, а также негауссовых процессов, которые могут быть характерны для реальных систем».
Материал об этом исследовании опубликован на сайтах федеральных агентств «ТАСС. Наука», «РИА Новости. Наука», научно-информационном портале «Поиск».
Исследование по теме «Коллективная динамика связанных ансамблей нелинейных осцилляторов. Влияние топологии и характера связей, неоднородности, внешних шумовых и регулярных возмущений» проводится в рамках гранта РНФ №20-12-00119 и поддерживается федеральной программой «Приоритет 2030».
