لقد طور العلماء إطارًا عامًا جديدًا لمقارنة التذبذبات المختلفة، مما يوفر رؤى مهمة في العلوم العصبية والقلبية. من خلال تحويل مشكلة مقارنة المذبذبات إلى مسألة جبرية خطية، يستطيع الفريق الآن مقارنة وفهم المذبذبات التي كان يُعتقد سابقًا أن لها خصائص مختلفة، مع تطبيقات يمكن أن تتراوح من فهم تذبذبات القلب والدماغ إلى تحليل تأثير ناطحات السحاب.
اقترح فريق دولي من الباحثين بنية عالمية لتفسير "التذبذبات".
تحيط بنا إيقاعات الحياة العشوائية - بدءًا من ومضات اليراعات المتزامنة المنومة... إلى تأرجح طفل على الأرجوحة ذهابًا وإيابًا... إلى التغييرات الطفيفة في "البوب بوب" الثابت لقلب الإنسان.
ومع ذلك، لا يزال العلماء ليس لديهم أي فكرة عن كيفية فهم هذه الأنماط بشكل حقيقي، والمعروفة باسم التذبذبات العشوائية أو العشوائية. على الرغم من بعض التقدم في تحليل موجات الدماغ وإيقاعات القلب، لا يزال الباحثون والأطباء غير قادرين على مقارنة أو تصنيف التغييرات والمصادر التي لا تعد ولا تحصى.
وقال بيتر توماس، أستاذ الرياضيات التطبيقية في جامعة كيس ويسترن ريزيرف: "إذا تمكنا من الحصول على فهم أعمق للأسباب الكامنة وراء التذبذبات، فيمكننا تحقيق تقدم في علم الأعصاب، وعلوم القلب، والعديد من المجالات المختلفة".
توماس هو جزء من فريق دولي من الباحثين الذين يقولون إنهم طوروا إطارًا عامًا جديدًا لمقارنة التذبذبات ومقارنتها - بغض النظر عن آلياتها الأساسية - والتي يمكن أن تكون في يوم من الأيام خطوة أساسية نحو فهم التذبذبات بشكل كامل.
وقد نشرت النتائج التي توصلوا إليها مؤخرا في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
وقال توماس: "لقد حولنا مشكلة مقارنة المذبذبات إلى مسألة جبر خطي". ما فعلناه كان أكثر دقة من الدراسات السابقة. وهذا تقدم مفاهيمي كبير. "
ويقول الباحثون إن الآخرين يمكنهم الآن مقارنة المذبذبات وفهمها بشكل أفضل وحتى معالجتها، وكان يُعتقد سابقًا أن لها خصائص مختلفة تمامًا.
على سبيل المثال، إذا خرجت خلايا قلبك عن التزامن، يمكن أن تموت بسبب الرجفان الأذيني. ولكن إذا كانت خلايا دماغك متزامنة للغاية، فمن الممكن أن تصاب بمرض باركنسون أو الصرع، اعتمادًا على مكان حدوث التزامن في الدماغ. وباستخدام إطارنا الجديد، قد يتمكن علماء القلب أو الدماغ من فهم ما قد تعنيه التذبذبات بشكل أفضل وكيف يعمل القلب أو الدماغ أو يتغير بمرور الوقت.
وقال توماس إن الباحثين، بما في ذلك المتعاونون من جامعات في فرنسا وألمانيا وإسبانيا، اكتشفوا طريقة جديدة لاستخدام الأعداد المركبة لوصف توقيت المذبذبات و"ضجيجها" أو توقيتها غير الدقيق. معظم التذبذبات تكون غير منتظمة إلى حد ما. على سبيل المثال، ضربات القلب ليست منتظمة بنسبة 100٪. يعتبر التغير الطبيعي في ضربات القلب بنسبة 5%-10% صحيًا. يمكن توضيح مشكلة مقارنة المذبذبات بمثالين متميزين: إيقاعات الدماغ وناطحات السحاب المتمايلة.
وقال: "في سان فرانسيسكو، تتمايل ناطحات السحاب الحديثة في مهب الريح، وتضربها تيارات هوائية متغيرة بشكل عشوائي - يتم دفعها قليلاً خارج الوضع الرأسي، لكن الخصائص الميكانيكية للهيكل تسحبها إلى الخلف". "هذا المزيج من المرونة والمرونة يساعد المباني الشاهقة على مقاومة الاهتزاز أثناء الزلازل. لن تعتقد أنه يمكن مقارنة هذه العملية بموجات الدماغ، لكن إطارنا الجديد يسمح لك بالقيام بذلك."
ربما لا يزال من غير الواضح كيف سيساعد اكتشافهم في تخصصي الهندسة الميكانيكية وعلم الأعصاب. وشبه هذا التقدم المفاهيمي باكتشاف غاليليو لأقمار كوكب المشتري التي تدور حوله.
وقال: "ما أدركه جاليليو كان منظورًا جديدًا. وعلى الرغم من أن اكتشافنا ليس بعيد المدى مثل اكتشاف جاليليو، إلا أنه لا يزال يمثل تغييرًا في المنظور. وما نذكره في الورقة هو منظور جديد تمامًا لمؤشرات التذبذب العشوائية."