Наша вселенная полна взаимодействующих систем. Такие сети, как электросети, Интернет или социальные сети, определяют наш распорядок дня. Биологические нейронные сети (BNN) являются наиболее сложным примером таких систем. В нашем мозгу как состояния узлов, нейронов, так и характер их взаимодействия, их синаптические связи постепенно меняются на протяжении всей нашей жизни.
Менгисте исследовал, как такие системы можно контролировать и наблюдать, особенно когда они подвергаются атаке. Цель его исследования — понять условия, необходимые для достижения структурной управляемости сетей. «В динамических системах управляемость означает возможность управлять состоянием сети от того, где оно сейчас находится, туда, где вы хотите, — говорит Менгисте. «В этом отношении структурная управляемость предоставляет инструменты для определения минимального количества узлов в сети, необходимого для разработки управляемой структуры для всей системы». Поскольку сети часто не статичны по своей структуре, их оптимальная конфигурация управления, вероятно, изменится: «Рассмотрим уличную сеть в городе. Когда есть строительная площадка, некоторые дороги необходимо заблокировать.
Это похоже на удаление некоторых ссылок в сеть. В такой ситуации властям необходимо обеспечить доступность всех мест в городе.
Для этого крайне важно определить наиболее посещаемые дороги и соответствующим образом адаптировать схему движения, чтобы не допустить разрушения дорожного движения ", — поясняет Менгисте. . «Используя идею структурной управляемости, мы можем не только идентифицировать критические связи между любыми двумя пунктами назначения, но также вычислить, сколько дорог может быть заблокировано, в то время как основная сеть остается нетронутой».Биологические нейронные сети, как и большинство сетей реального мира, относительно устойчивы к случайному удалению их краев. Когда полная структура сети неизвестна, прогрессивная атака на ее границах, систематическое уничтожение звеньев отдельных узлов, одного за другим, очень эффективна для изменения конфигурации управления многих типов сетей. Когда полная структура сети известна, Mengiste может разработать еще более мощные стратегии краевой атаки, которые либо не влияют на управляемость, либо, наоборот, быстро вырывают сеть из строя. «Наши идеи могут не только помочь структурно защитить сложные сети, такие как нейронные сети, сети аэропортов, уличные сети или некоторые социальные сети, которые очень чувствительны к преднамеренным атакам на их критические границы.
Они также могут помочь нам определить более эффективные стратегии для атаки на потенциально опасную сетевую динамику, такую ??как распространение пандемических заболеваний, и они могут помочь нам понять динамику таких структур », — объясняет Менгисте.Аналогичная ситуация возникает в мозге, страдающем нейродегенеративным заболеванием, таким как болезнь Альцгеймера или Хантингтона, которое обычно приводит к гибели нейронов и отказу синапсов. «При этих заболеваниях сетевые структуры постепенно разрушаются, пока не достигают стадии, когда естественные механизмы компенсации больше не могут компенсировать потерю нейронов и синапсов», — говорит Менгисте. «В результате вводимые ресурсы могут больше не достигать своих целей эффективно и действенно».
Поэтому полезно повторно проанализировать структуру управления атакуемыми сетями и определить, где необходимы дополнительные входные данные.