MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Física

Cómo controlar la conexión entre redes complejas

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Investigadores españoles han obtenido una ecuación matemática que permite predecir el comportamiento de redes complejas en tiempo real. Sus aplicaciones ayudan a comprender procesos globales tan dispares como la propagación de epidemias o las interacciones económicas entre empresas o países.

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SINC | | 22 noviembre 2019 11:00

<p>Red compleja formada por las conexiones entre usuarios de Twitter. / Javier M. Buldú (URJC-CTB)</p>

Red compleja formada por las conexiones entre usuarios de Twitter. / Javier M. Buldú (URJC-CTB)

Las matemáticas ofrecen ecuaciones que dan solución a muchas de las situaciones complejas a las que nos enfrentamos en el día a día. Un ejemplo es comprender cómo interactúan los sistemas en forma de red dentro de un mundo cada vez más conectado.

Sin embargo, un problema habitual en la aplicación de estas ecuaciones es la necesidad de esperar a que se produzca un equilibrio entre las partes en análisis para que la misma funcione. Ahí está el reto. La propia vida, por definición, está fuera del equilibrio y tiende al desorden. 

Al condensar toda la dinámica del sistema en una ecuación se puede saber cuánta información, dinero o población se mueve de una red a otra en cada momento

¿Cómo controlar las interacciones de un sistema si este no se mantiene estático? Para responder esta cuestión, investigadores del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), las universidades de Alcalá y Rey Juan Carlos y el Centro de Tecnología Biomédica (UPM) han desarrollado una nueva metodología que analizar las interacciones entre redes complejas y predice su comportamiento dinámico en cualquier momento del proceso. Los detalles se publican en la revista Nature Communications.

“Los análisis fuera del equilibrio en la naturaleza son en general difíciles de obtener, por eso la mayor parte de los estudios se centran en procesos en equilibrio”, comenta el científico Jacobo Aguirre del CNB que ha liderado esta investigación, “pero ahora hemos sido capaces de crear un marco de trabajo novedoso para analizar y controlar procesos evolutivos que puedan ocurrir sobre redes de redes; es decir, redes interconectadas por pocas interconexiones, en tiempo real, sin necesidad de esperar a que el sistema llegue a un equilibrio”.

Aguirre continúa: “La clave es que al condensar toda la dinámica del sistema en una sola ecuación y una proyección 2D podemos saber cuánta información, dinero o población se mueve de una red a otra en cada momento en función de cómo estén conectadas, y controlar absolutamente la evolución de dicho sistema, cambiando las conexiones a nuestro gusto para acelerar el proceso, retrasarlo, cambiar el sentido de movimiento, etc”.

Novedoso carácter predictivo 

Las novedades de este enfoque son su carácter predictivo y su generalidad, ya que permite controlar el futuro de multitud de sistemas de muy diversa índole, tanto en el ámbito de las ciencias de la vida como en problemas relacionados con redes sociales, tecnológicas o económicas. 

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Controlar las interconexiones entre redes permite dirigir los procesos sociales, económicos o biológicos que ocurren en ellas. / J. M. Buldu et al./Nature Communications)

La evolución de la red económica de los países miembros de la OCDE se ha analizado con esta metodología

“Esta nueva metodología para analizar la interacción entre redes fuera del equilibrio tiene infinidad de aplicaciones prácticas, y podría ayudar a comprender procesos globales como la propagación de epidemias en grupos sociales o de biodiversidad en hábitats fragmentados, la aparición de nuevas tecnologías, o las interacciones económicas entre empresas o países”, afirma el coautor Javier M. Buldú, coordinador del Grupo de Sistemas Complejos de la Universidad Rey Juan Carlos.

Como ejemplo, los investigadores han utilizado información sobre las relaciones económicas entre los países miembros de la OCDE durante 10 años (de 2005 hasta 2015). Estos datos muestran cuáles son las conexiones entre los diferentes sectores económicos de los 36 países de la organización y han analizado cómo han evolucionado tres de ellos (Japón, Islandia y España) en respuesta a una situación muy concreta: la crisis de 2008.

Este enfoque innovador les ha permitido analizar la diferente estrategia seguidas por cada uno de ellos, demostrando ser una herramienta con gran potencial para poder aportar información relevante a la hora de optimizar el comportamiento económico de los diferentes países ante los muchos retos que nos ofrece un mundo cada vez más cambiante e impredecible. 

Referencia bibliográfica:

“Taming out-of-equilibrium dynamics on interconnected networks”. Javier M. Buldú, Federico Pablo-Martí and Jacobo Aguirre. Nature Communications 2019. DOI: 10.1038/s41467-019-13291-2

Zona geográfica: España
Fuente: CNB-CSIC

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