Ученые выяснили, как шум синхронизирует сложные системы

Физики Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского (СГУ) доказали, что шум (случайные колебания) может синхронизировать сложные системы, такие как нейронные сети или технические устройства.

Шум традиционно считается источником помех и ошибок, например, в технике связи или работе вычислительных устройств. Однако результаты исследования показывают, что он может играть и конструктивную роль. Ученые рассмотрели, как случайные колебания в связях между элементами сложной системы могут вызывать синхронное поведение между разными слоями (подсистемами).

«Управляя параметрами шума, такими как интенсивность и спектральные свойства, то есть частота, можно не только повысить согласованность системы, но и контролировать ее поведение», — отметила один из авторов исследования, профессор кафедры радиофизики и нелинейной динамики СГУ Татьяна Вадивасова.

Исследование относится к междисциплинарной области «нелинейной динамики», в рамках которой изучается поведение сложных нелинейных систем, а также их устойчивость, например, по отношению к внешним воздействиям. Открытие имеет 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 в области искусственного интеллекта, которые моделируют активность биологических нейронов.

Исследователи планируют продолжить изучение эффектов шума в моделях, наиболее приближенных к реальным системам, включая системы с непрерывным временем. Это поможет лучше понять, как шум влияет на сложные системы в реальной жизни.

«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, – рассказала руководитель исследования, заведующая кафедрой радиофизики и нелинейной динамики СГУ Галина Стрелкова.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030».