Les scientifiques ont développé un nouveau cadre universel pour comparer diverses oscillations, qui pourrait fournir des informations significatives sur la science neuronale et cardiaque. En transformant la question de la comparaison des oscillateurs en un problème d’algèbre linéaire, l’équipe peut désormais comparer et comprendre des oscillateurs que l’on pensait auparavant avoir des propriétés différentes, avec des applications potentielles allant de la compréhension des oscillations du cœur et du cerveau à l’analyse de l’influence des gratte-ciel.
Un groupe de recherche international propose une structure universelle pour interpréter les « oscillations ».
Les rythmes aléatoires de la vie nous entourent : du clignotement hypnotique et synchronisé des lucioles… au mouvement de va-et-vient de la balançoire d’un enfant… en passant par de légères variations du rythme autrement régulier. lub-dub du coeur humain.
Cependant, véritablement compréhension ces modèles, connus sous le nom d’oscillations stochastiques ou aléatoires, restent hors de portée des scientifiques. Malgré certains progrès dans l’analyse des ondes cérébrales et des rythmes cardiaques, les chercheurs et les cliniciens ont été incapables de comparer ou de cataloguer un nombre incalculable de variations et de sources.
Obtenir de telles informations sur la source sous-jacente des oscillations « pourrait conduire à des progrès dans les sciences neuronales, les sciences cardiaques et dans de nombreux domaines différents », a déclaré Peter Thomas, professeur de mathématiques appliquées à la Case Western Reserve University.
Thomas fait partie d’une équipe internationale qui affirme avoir développé un nouveau cadre universel pour comparer et opposer les oscillations, quels que soient leurs différents mécanismes sous-jacents, ce qui pourrait devenir une étape cruciale vers un jour leur compréhension complète.
Leurs conclusions ont été récemment publiées dans Actes de l’Académie nationale des sciences.
« Nous avons transformé le problème de la comparaison des oscillateurs en un problème d’algèbre linéaire », a déclaré Thomas. « Ce que nous avons fait est beaucoup plus précis que ce qui existait auparavant. C’est une avancée conceptuelle majeure.
Les chercheurs affirment que d’autres peuvent désormais comparer, mieux comprendre – et même manipuler – des oscillateurs auparavant considérés comme ayant des propriétés complètement différentes.
« Si vos cellules cardiaques ne sont pas synchronisées, vous mourez de fibrillation auriculaire », a déclaré Thomas. « Mais si vos cellules cérébrales se synchronisent trop, vous souffrez de la maladie de Parkinson ou d’épilepsie, selon la partie du cerveau dans laquelle la synchronisation se produit. En utilisant notre nouveau cadre, ce scientifique du cœur ou du cerveau pourrait être en mesure de mieux comprendre quelles sont les oscillations. pourrait signifier et comment le cœur ou le cerveau fonctionne ou évolue au fil du temps.
Gratte-ciel qui se balancent et ondes cérébrales
Thomas a déclaré que les chercheurs, qui comprenaient des collaborateurs d’universités de France, d’Allemagne et d’Espagne, ont trouvé une nouvelle façon d’utiliser les nombres complexes pour décrire la synchronisation des oscillateurs et à quel point ils sont « bruyants » ou chronométrés de manière imprécise.
La plupart des oscillations sont irrégulières dans une certaine mesure, a déclaré Thomas. Par exemple, un rythme cardiaque n’est pas régulier à 100 %. Une variation naturelle de 5 à 10 % du rythme cardiaque est considérée comme saine.
Thomas a déclaré que le problème de la comparaison des oscillateurs peut être illustré en considérant deux exemples nettement différents : les rythmes cérébraux et les gratte-ciel qui se balancent.
« À San Francisco, les gratte-ciel modernes se balancent au gré du vent, secoués par des courants d’air aléatoires. Ils sont légèrement poussés hors de leur position verticale, mais les propriétés mécaniques de la structure les font reculer », a-t-il déclaré. « Cette combinaison de flexibilité et de résilience aide les immeubles de grande hauteur à survivre aux secousses lors des tremblements de terre. On ne penserait pas que ce processus puisse être comparé aux ondes cérébrales, mais notre nouveau formalisme vous permet de les comparer.
La manière dont leurs découvertes pourraient aider l’une ou l’autre discipline – le génie mécanique et les neurosciences – est peut-être inconnue à l’heure actuelle, a déclaré Thomas, comparant l’avancée conceptuelle à l’époque où Galilée a découvert JupiterLes lunes en orbite.
« Ce que Galilée a réalisé était un nouveau point de vue, et même si notre découverte n’est pas aussi vaste que celle de Galilée, elle constitue également un changement de perspective », a-t-il déclaré. « Ce que nous rapportons dans notre article est un point de vue entièrement nouveau sur les oscillateurs stochastiques. »
