Till en engelsk forskare eller ivrig läsare, Shakespeare Canon representerar några av de största litterära verken i det engelska språket. Till en nätverksforskare, Shakespeares 37 pjäser och 884, 421 ord de innehåller representerar också ett massivt komplext kommunikationsnätverk. Nätverksforskare, som använder matematik, fysik, och datavetenskap för att studera stora och sammankopplade system, har till uppgift att använda statistiskt rigorösa metoder för att förstå hur komplexa nätverk, som alla Shakespeare, förmedla information till den mänskliga hjärnan.

Ny forskning publicerad i Naturfysik använder verktyg från nätverksvetenskap för att förklara hur komplexa kommunikationsnätverk effektivt kan förmedla stora mängder information till den mänskliga hjärnan. Utförd av postdoc Christopher Lynn, doktorander Ari Kahn och Lia Papadopoulos, och professor Danielle S. Bassett, studien fann att olika typer av nätverk, inklusive de som finns i litteraturverk, musikstycken, och sociala kontakter, har en liknande underliggande struktur som gör att de kan dela information snabbt och effektivt.

Tekniskt talat, ett nätverk är helt enkelt en statistisk och grafisk representation av anslutningar, känd som kanter, mellan olika slutpunkter, kallade noder. I litteratur, till exempel, en nod kan vara ett ord, och en kant kan ansluta ord när de visas bredvid varandra ("mitt" - "rike" - "för" - "a" - "häst") eller när de förmedlar liknande idéer eller begrepp ("gul" - "orange" -"röd").

Fördelen med att använda nätverksvetenskap för att studera saker som språk, säger Lynn, är att när relationer definieras i liten skala, forskare kan använda dessa anslutningar för att dra slutsatser om nätverkets struktur i en mycket större skala. "När du har definierat noder och kanter, du kan zooma ut och börja fråga om hur hela objektets struktur ser ut och varför den har den specifika strukturen, säger Lynn.

Med utgångspunkt i gruppens senaste studie som modellerar hur hjärnan bearbetar komplex information, forskarna utvecklade ett nytt analytiskt ramverk för att avgöra hur mycket information ett nätverk förmedlar och hur effektivt det är att förmedla den informationen. "För att beräkna kommunikationens effektivitet, du behöver en modell för hur människor tar emot informationen, " han säger.

Med denna analytiska ram, forskarna utvärderade 40 verkliga kommunikationsnätverk för att se vilka funktioner som var avgörande för att kommunicera information. De tittade på verk av engelsk litteratur, inklusive kanonen i Shakespeare och Jane Austens "Stolthet och fördom, "tillsammans med musikstycken som Mozarts Sonata nr 11 och Queen's" Bohemian Rhapsody. "De studerade också nätverk av sociala relationer, inklusive medförfattarnätverk inom vetenskap och Facebook-vänanslutningar.

Efter att ha tittat på denna olika grupp av nätverk, forskarna fann att nätverkets storskaliga struktur var avgörande för nätverkets förmåga att förmedla information. Det som var förvånande var hur lik denna struktur var i de olika nätverken, om nätverket representerade substantivövergångar i ett litteraturverk eller melodiska framsteg i ett musikstycke.

Det som gör dessa nätverk både informationsrika och effektiva är en balans mellan två viktiga nätverksfunktioner som kallas "community" -struktur och "heterogen" struktur. Samhällsstruktur uppstår när noder klumpar ihop sig och bildar kluster som framkallar relaterade begrepp. Att säga ordet "hund" kan tänka på "boll, "" Frisbee, "eller" ben, "till exempel. Sådan samhällsstruktur hjälper till att göra nätverk mer effektiva eftersom en person kan förutse vilket ord eller idé som kommer nästa.

Men om en person kan förutse vad som kommer nästa, det kommer inte att förmedlas mycket information eftersom information är direkt relaterat till överraskning. För att ge information, nätverk måste ha en "heterogen" blandning av både välanslutna och glest anslutna noder. Ta Shakespeares verk som exempel. Medan "the" och "och" används 28, 944 och 27, 317 gånger, respektive, det finns också 12, 493 ordformer som bara förekommer en gång. "I ett nav som, 'de, 'du kan inte förutse vart du ska gå, "säger Lynn." Det visar sig att dessa navnoder verkligen är viktiga för att skapa överraskning eller, likvärdigt, information."

Det som är fascinerande för Lynn är hur balansen mellan heterogen och samhällsstruktur är nyckeln för att skapa nätverk som både är informationsrika men också lätta att tolka. "Människor har studerat dessa två strukturer under lång tid; de är två av de grundläggande begreppen för nätverksvetenskap, "säger han." Denna studie ger en förklaring till varför några av dessa nätverk är uppbyggda som de är:för att de försöker kommunicera information effektivt. Det är vad jag tycker att det coolaste är, " han säger.

Forskarna kommer att fortsätta detta arbete genom att utöka de typer av kommunikationsnätverk de utvärderar, med målet att leta efter trender över tid och efter skillnader och likheter mellan verk av andra språk och kulturer. "Vi är också särskilt intresserade av att beskriva hur effektiv kommunikation är relaterad till felkorrigering, "säger Bassett." Våra preliminära fynd tyder på att verkliga nätverk hjälper människor att automatiskt rätta till sina egna misstag. "