Le reti sono sistemi costituiti da molti componenti che interagiscono tra loro attraverso un insieme di connessioni, nodi e collegamenti. In un cervello ben funzionante, le reti neurali riuniscono i componenti cellulari necessari per le funzioni sensoriali, motorie e cognitive. Nell’intestino umano attivo, i batteri “buoni” aiutano a controllare i batteri “cattivi”.

A causa di connessioni danneggiate o perdita di nodi o collegamenti, i sistemi possono passare da uno stato attivo e in forte espansione a uno stato interrotto e inattivo. Quando ciò si verifica, è necessaria una riparazione per riportare la rete alla sua struttura originale in modo da poter riprendere il normale funzionamento.

Un modo per ripristinare una rete guasta consiste nel ripristinare le connessioni perse, ma la rete non sempre torna automaticamente in vita dopo un errore. Devono essere riaccesi per iniziare l’attività, proprio come i cavi jumper che ripristinano la vita della batteria di un’auto.

L’architettura delle reti complesse è stata approfondita negli anni, con un focus primario sulla previsione del comportamento dinamico. Di recente, la ricerca si è spostata sull’influenzare il comportamento.

In uno studio recentemente pubblicato sulla rivista, Fisica della natura, i ricercatori della Bar-Ilan University in Israele dimostrano come un sistema può essere indirizzato verso il comportamento desiderato per far rivivere una rete in crisi. Hanno derivato un processo di ripristino in due fasi basato sul refactoring, per riparare il danno e riaccendersi, per attivare la rete.

Nella prima fase, le connessioni danneggiate vengono ristrutturate – costruendo nuove connessioni o riparando connessioni interrotte – per riportare il sistema in un punto in cui può ripristinare la sua funzionalità. Successivamente, i ricercatori hanno determinato la fase recuperabile in cui la rete potrebbe essere diretta verso il lavoro controllando solo un nodo. Questo nodo viene attivato esternamente per un tempo limitato. A poco a poco diffonde un segnale ad altri componenti, come un effetto domino o un’increspatura, e riaccende l’intera rete e la riporta in vita.

Il professor Baruch Barzel, del Dipartimento di Matematica e Scienza dei dati presso la Bar Ilan University, e il Centro interdisciplinare per la ricerca sul cervello di Gonda (Goldschmied), che ha condotto la ricerca insieme al professor Shlomo Havelin, del Dipartimento di fisica di Bar Ilan, hanno dichiarato: Barzel, che dirige anche il Complex Network Dynamics Laboratory dell’università, aggiunge.

La strategia di rinascita in due fasi ha mostrato risultati particolarmente promettenti nel ripristinare il funzionamento del microbioma in difetto. Nell’intestino umano, alcuni batteri combattono l’infiammazione, mentre altri la promuovono. Quando l’intestino funziona come dovrebbe, questi due tipi si tengono sotto controllo. Ma quando questo delicato equilibrio viene interrotto, dopo il trattamento con antibiotici, ad esempio, i batteri infiammatori possono raggiungere livelli critici, il che può portare alla disfunzione del microbioma.

Nella fase di ristrutturazione del rilancio, sono stati introdotti nutrienti come lo zucchero per influenzare la struttura della rete, ad esempio per ridurre il legame competitivo o migliorare la comunicazione cooperativa, in consultazione con l’esperto di microbioma Dr. Amir Bashan, del Dipartimento di Bar dell’Università di Bar Ilan Università di Ilan. Fisica.

Nella fase di riaccensione, una mappa dettagliata delle specie microbiche nell’intestino ha facilitato la valutazione della capacità di riaccensione di ciascun nodo. Le specie candidate alla proprietà sono classificate in base alla loro capacità di far rivivere il sistema. Una specie considerata uno dei migliori microrganismi è stata controllata con probiotici, il che ha comportato il ripristino del sistema e un graduale ritorno allo stato attivo.

“Possiamo stimolare il ripristino di tutto il microbioma nell’intestino umano assumendo probiotici”, afferma il dottorato di ricerca. Il candidato Hillel Sanhedri, del Dipartimento di Fisica dell’Università Bar Ilan, coautore dello studio. “Quando la popolazione di batteri intestinali è più scarsa, identifichiamo i migliori candidati per ricevere i probiotici e iniziamo a ripristinare l’intero sistema per riportarlo alla salute normale. Inoltre, abbiamo creato linee guida per rafforzare le connessioni nella rete aggiungendo nutrienti come il glucosio”.

In futuro, i ricercatori sperano di sviluppare un metodo sistematico per apprendere quanti nodi e quali siano indicatori efficaci, nonché per determinare l’effetto dell’intervento sull’attività di più di pochi nodi.