Menéame

Une collaboration entre les scientifiques Centre d’astrobiologie (CSIC-INTA) le Centre de technologie biomédicale développe une nouvelle théorie pour comprendre la compétition qui apparaît entre différents réseaux en entrant dans la connexion et élabore des stratégies optimales pour que chaque réseau bénéficie au mieux des liens avec d’autres réseaux.

Les applications possibles de cette nouvelle théorie vont des réseaux sociaux aux réseaux commerciaux en passant par la propagation de maladies ou la conception efficace de réseaux technologiques. Le travail applique la théorie des perturbations largement utilisé en physique dans le contexte de la théorie des graphs pour identifier les clés de la connexion entre deux réseaux ou plus. Les auteurs montrent qu’il est possible d’utiliser cette théorie de manière simple, en montrant des exemples sur les réseaux sociaux, les écosystèmes, les domaines Web ou les réseaux génétiques.

Les résultats ont été publiés dans le magazine Nature Physics et promettent d’avoir un impact important sur l’étude des réseaux complexes.

Le travail semble avoir donné la clé pour expliquer les processus de connexion et de compétition entre réseaux et prévoir, avant qu’ils ne se produisent, les conséquences de ce phénomène. Grâce à un développement mathématique basé sur la théorie des perturbations, on a pu expliquer l’état final de la connexion entre plusieurs réseaux en partant uniquement de l’état avant la connexion. " Connaissant seulement la nature des réseaux qui entrent en concurrence lorsque nous sommes connectés, nous pouvons prédire quelles seront les conséquences de cette connexion et choisir les nœuds - ou éléments - connecteurs qui bénéficieront le plus à l’un ou à l’autre réseau ," explique Jacobo Aguirre, chercheur au CAB. Les résultats sont le fruit de deux années de travail combiné: "l’idée est née en étudiant les connexions entre réseaux biologiques liés aux processus évolutionnaires de populations de RNA (acide ribonucléique): dans de nombreux cas, un des réseaux absorbe la quasi-totalité de la population et nous ne comprenons pas la raison " explique Aguirre. À partir de là, un long chemin de calculs analytiques et de simulations numériques les a amenés à donner avec la solution: l’état final dépendait seulement des nœuds agissant comme connecteurs entre les deux réseaux et de la "forte" que chaque réseau était avant de se connecter. "Ce qui est surprenant, c’est que de petites variations sur ces questions peuvent modifier radicalement le résultat final de la compétition. De cette façon, un réseau faible peut en gagner une plus forte ou au contraire être balayé par elle en fonction de la façon dont ils se connectent " explique Aguirre.

Le plus intéressant des résultats est son application potentielle à une grande diversité de systèmes. Supposons, par exemple, deux écosystèmes isolés où il existe un réseau de relations trophiques (ou alimentaires) entre espèces et dont l’équilibre est maintenu dans le temps. Au moment où une ou plusieurs espèces de chaque écosystème entrent en contact, les chaînes alimentaires des deux écosystèmes sont modifiées et peuvent produire un bénéfice (ou un préjudice) dans l’un ou l’autre des écosystèmes. Grâce à la nouvelle théorie proposée dans ce travail, il est possible d’avancer les conséquences du lien entre les deux écosystèmes et d’identifier le lien entre les espèces qui profiterait à l’un ou l’autre des écosystèmes. Javier Buldú, du Centre de Technologie Biomédicale, avance que "nos résultats permettent d’identifier quels réseaux sont lésés par la connexion à d’autres réseaux, de quantifier ce préjudice et de proposer des stratégies de connexion possibles pour améliorer la situation actuelle." Selon Buldú, les applications des réseaux sociaux sont claires car il est maintenant possible de comprendre comment le lien entre deux communautés affecte l’importance de chacun des individus sur un réseau social: "Quand nous ajoutons un nouvel ami sur Facebook, nous créons un nouveau flux d’informations entre notre réseau de contacts et le réseau de notre nouvel ami. Les conséquences de la nouvelle connexion affectent les deux groupes et pas seulement les individus connecteurs." Avec cette nouvelle méthodologie, il est possible d’analyser comment le flux d’informations au sein d’un réseau est modifié par des connexions avec d’autres réseaux, de quantifier comment la diffusion d’informations à l’intérieur de chaque réseau est en cours et d’identifier lequel d’entre eux est le plus efficace.

Un autre défi est de transférer les applications possibles de cette nouvelle théorie à la connaissance des réseaux du cerveau. David Papo, un scientifique israélien spécialisé dans les neurosciences, fait observer que " durant toute activité cognitive, notre cerveau agit comme un réseau complexe de communications où, à son tour, on peut identifier diverses sous - actions. Il serait essentiel de comprendre comment ces sous-régions sont reliées entre elles, et si la connexion entre elles renforce le rôle de l’une d’entre elles." Bien qu’il soit trop tôt pour avancer les résultats, Papo et ses collaborateurs travaillent sur son application à l’analyse des signaux du cerveau obtenus par magnétoencéphalographie. "Il serait essentiel de pouvoir voir des différences dans les liens entre les sous-fifres d’un individu sain et d’un patient avec une pathologie donnée. Ça nous aiderait à comprendre pourquoi différentes maladies provoquent une défaillance d’une activité cognitive particulière" note Papo.

Les auteurs de l’étude sont optimistes sur les applications potentielles de leur travail et, bien qu’ils aient déjà démontré leur validité sur différents réseaux réels, ils travaillent sur de nouvelles possibilités. Pour l’instant, ses résultats ont mérité la reconnaissance de la revue Nature Physics, et ils espèrent que le travail aidera à mieux comprendre la nature des systèmes qui peuvent être modelés par un réseau de connexions.

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