科学家们已经开发出一种新的、通用的框架来比较各种振荡，这可能为神经和心脏科学提供重要的见解。通过将比较振荡器的问题转化为线性代数问题，该团队现在可以比较和理解以前被认为具有不同属性的振荡器，其应用范围可能从理解心脏和大脑的振荡到分析摩天大楼的摆动。
生命的随机节奏围绕着我们——从萤火虫催眠般的同步闪烁，到孩子秋千的前后摆动，再到人类心脏稳定的悸动的细微变化。
然而，真正理解这些被称为随机或随机振荡的模式仍然超出了科学家的掌握范围。尽管在分析脑电波和心律方面取得了一些进展，但研究人员和临床医生仍无法对数不清的变化和来源进行比较或分类。
凯斯西储大学(Case Western Reserve University)应用数学教授彼得·托马斯(Peter Thomas)说，获得对振荡潜在来源的深入了解“可能会导致神经科学、心脏科学和许多不同领域的进步”。
托马斯是一个国际团队的一员，该团队表示，他们已经开发出一种新颖的、通用的框架来比较和对比振动——不管它们的潜在机制不同——这可能成为将来完全理解它们的关键一步。
他们的研究结果最近发表在《美国国家科学院院刊》上。
“我们把比较振子的问题变成了一个线性代数问题，”托马斯说。“我们所做的比以前要精确得多。这是一个重大的概念进步。”
研究人员说，其他人现在可以比较、更好地理解甚至操纵以前被认为具有完全不同性质的振荡器。
“如果你的心脏细胞不同步，你就会死于心房颤动，”托马斯说。“但如果你的脑细胞过于同步，你就会患上帕金森病或癫痫，这取决于同步发生在大脑的哪个部分。”通过使用我们的新框架，心脏或大脑科学家可能能够更好地理解振荡的含义，以及心脏或大脑是如何工作或随时间变化的。”
摇摆的摩天大楼和脑电波
托马斯说，研究人员——包括来自法国、德国和西班牙大学的合作者——发现了一种新的方法，用复数来描述振荡器的时间，以及它们是多么“嘈杂”或不精确的时间。
托马斯说，大多数振动在某种程度上是不规则的。例如，心律不是100%规律的。心跳的自然变化在5-10%被认为是健康的。
托马斯说，比较振荡器的问题可以通过考虑两个明显不同的例子来说明:大脑节律和摇摆的摩天大楼。
他说:“在旧金山，现代摩天大楼在风中摇摆，受到随机移动的气流的冲击——它们被轻微地推离了垂直的姿态，但结构的机械特性把它们拉回来。”“这种灵活性和弹性的结合有助于高层建筑在地震中幸存下来。你可能认为这个过程无法与脑电波相比，但我们的新形式让你可以对它们进行比较。”
托马斯说，他们的发现对机械工程和神经科学这两门学科有何帮助，目前还不得而知，他将这一概念上的进步与伽利略发现木星轨道卫星的时候进行了比较。
他说:“伽利略的发现是一种新的观点，虽然我们的发现没有伽利略的那么深远，但它同样是一种观点的改变。”“我们在论文中报告的是一个关于随机振荡器的全新观点。”
参考文献:《随机振荡的普遍描述》，作者:Alberto prez - cervera, Boris Gutkin, Peter J. Thomas和Benjamin Lindner, 2023年7月11日，《美国国家科学院院刊》。DOI: 10.1073 / pnas.2303222120
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