Les scientifiques ont développé un nouveau cadre général pour comparer diverses oscillations, fournissant ainsi des informations importantes sur les sciences neurologiques et cardiaques. En transformant le problème 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 qui pourraient aller de la compréhension des oscillations du cœur et du cerveau à l'analyse du balancement des gratte-ciel.
Une équipe internationale de chercheurs a proposé une structure universelle pour expliquer les « oscillations ».
Les rythmes aléatoires de la vie nous entourent - des clignements hypnotiques synchronisés des lucioles... au balancement d'un enfant sur une balançoire... jusqu'aux changements subtils dans le "pop-pop" autrement constant du cœur humain.
Cependant, les scientifiques ne savent toujours pas comment véritablement comprendre ces modèles, appelés oscillations stochastiques ou stochastiques. Malgré certains progrès dans l’analyse des ondes cérébrales et des rythmes cardiaques, les chercheurs et les cliniciens sont toujours incapables de comparer ou de cataloguer les innombrables changements et sources.
"Si nous parvenons à mieux comprendre les causes sous-jacentes des oscillations, nous pourrons faire des progrès dans les domaines des neurosciences, des sciences cardiaques et de nombreux domaines différents", a déclaré Peter Thomas, professeur de mathématiques appliquées à l'université Case Western Reserve.
Thomas fait partie d'une équipe internationale de chercheurs qui déclarent avoir développé un nouveau cadre général pour comparer et opposer les oscillations - quels que soient leurs mécanismes sous-jacents - qui pourrait un jour constituer une étape clé vers une compréhension complète des oscillations.
Leurs découvertes ont été récemment publiées dans les Actes de la National Academy of 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 était beaucoup plus précis que les études précédentes. Il s’agit d’une grande avancée conceptuelle. "
D'autres peuvent désormais comparer, mieux comprendre et même manipuler des oscillateurs que l'on pensait auparavant avoir des propriétés complètement différentes, affirment les chercheurs.
Par exemple, si vos cellules cardiaques se désynchronisent, vous pouvez mourir d’une fibrillation auriculaire. Mais si vos cellules cérébrales sont trop synchronisées, vous pouvez développer la maladie de Parkinson ou l'épilepsie, selon l'endroit où se produit la synchronisation dans le cerveau. En utilisant notre nouveau cadre, les scientifiques du cœur ou du cerveau pourraient être en mesure de mieux comprendre ce que les oscillations pourraient signifier et comment le cœur ou le cerveau fonctionne ou évolue au fil du temps.
Thomas a déclaré que des chercheurs, notamment des collaborateurs d'universités françaises, allemandes et espagnoles, ont découvert une nouvelle façon d'utiliser les nombres complexes pour décrire la synchronisation des oscillateurs et leur « bruit », ou synchronisation imprécise. La plupart des oscillations sont irrégulières dans une certaine mesure. Par exemple, le rythme cardiaque n’est pas régulier à 100 %. Une variation naturelle de 5 à 10 % du rythme cardiaque est considérée comme saine. Le problème de la comparaison des oscillateurs peut être illustré par deux exemples distincts : les rythmes cérébraux et le balancement des gratte-ciel.
"À San Francisco, les gratte-ciel modernes se balancent au gré du vent, secoués par des courants d'air changeant de manière aléatoire. Ils sont légèrement poussés hors de la verticale, mais les propriétés mécaniques de la structure les font reculer", a-t-il déclaré. "Cette combinaison de flexibilité et d'élasticité aide les immeubles de grande hauteur à résister aux secousses lors des tremblements de terre. On ne penserait pas que ce processus puisse être comparé aux ondes cérébrales, mais notre nouveau cadre vous permet de le faire."
On ne sait toujours pas exactement comment leur découverte aidera les deux disciplines du génie mécanique et des neurosciences. Il a comparé cette avancée conceptuelle à la découverte par Galilée des lunes en orbite autour de Jupiter.
Il a déclaré : "Ce que Galilée a réalisé est une nouvelle perspective. Bien que notre découverte ne soit pas aussi vaste que celle de Galilée, il s'agit tout de même d'un changement de perspective. Ce que nous rapportons dans cet article est une perspective complètement nouvelle sur les oscillateurs stochastiques."