Synchronisation in komplexen Systemen
Starke Synchronisation in komplexen Systemen wurde bislang in Verbindung mit pathologischen Befunden wie etwa bei epileptischen Anfällen, beim Aussterben von Arten in Ökosystemen und sozialen Katastrophen in Form von Epidemien betrachtet. Um derartige Situationen zu vermeiden, müssen komplexe Systeme sowohl robust als auch flexibel sein. Um Synchronisationsebenen in komplexen Systemen besser durchschauen zu können, initiierten die Wissenschaft das Projekt HUBSYNC (Synchronization in heterogeneous networks). Ihnen gelang die erfolgreiche Entwicklung einer mathematischen Theorie über das Einsetzen strukturierter Synchronisation in heterogenen Netzwerken interagierender dynamischer Systeme. Die Projektergebnisse erwiesen sich als außerordentlich nützlich für das Verständnis der Wirkung der Netzwerkanbindung auf die Netzwerkdynamik. In den Studien offenbarte sich, auf welche Weise mikroskopische Netzwerkparameter wie Knotengrad und -dichte die globalen Netzwerkeigenschaften beeinträchtigen. Zu den Schlüsselresultaten zählt die Erkenntnis, dass Strukturverbesserungen in gerichteten Netzwerken wie die elektrischen Synapsen in neuronalen Netze zu Funktionsausfällen führen können. Man konnte überdies die Clusterbildung in modularen Netzwerken beschreiben. Die Projektaktivitäten haben zu einer beeindruckenden Liste von Publikationen geführt. Weitere Forscher haben bereits Verbindungen zwischen Netzwerkstruktur und Funktion unter Einsatz von mathematischen HUBSYNC-Ansätzen erkundet. Neben der Entschlüsselung von aufkommender spontaner kollektiver Bewegung in komplexen Systemen haben die Untersuchungsergebnisse mehrere Anwendungen auf verschiedenen Gebieten nach sich gezogen. So können beispielsweise Netzwerkdesign und -steuerung auf neuronale Netzwerke oder elektronische Schaltkreise angewendet werden.
Schlüsselbegriffe
Synchronisation, komplexe Systeme, Hub-Synchronisation, Synchronisation von Drehscheiben, heterogene Netzwerke, Netzwerkdesign
