Toelichting bij Neurologie, organisatie: netwerk hiërarchie

In een groter netwerk ontstaat automatisch een hiërarchie, zodra de factor efficiëntie, in transportvolume en -snelheid,  een rol speelt. Een voorbeeld daarvan is de ontwikkeling van wolkenkrabbers.

De eerste grote horde in de ontwikkeling van wolkenkrabbers was het scheiden van de rol dragende sterkte en de bescherming naar buiten, die voorheen gecombineerd was in de muren ervan. Na de scheiding zorgde een stalen frame voor de sterkte en konden de muren lichter gemaakt worden, van het aanvankelijke steen of soortgelijke "zware" materialen.

Daarna liep men tegen een tweede horde: het transport van mensen. Met het hoger worden neemt het aantal mensen dat vervoerd moet worden toe, net als de reistijd. Om de reistijd beperkt te houden en het volume te vergroten kan je snellere liften gebruiken naast de langzamere, maar dan wordt het aantal benodigde liftschachten zo groot dat het gebouw niet meer rendabel is.

De oplossing is de hiërarchie: de liften lopen niet meer van helemaal beneden naar helemaal boven. In plaats daarvan zijn er overstapstations om de zeg, twintig verdiepingen. Tussen de overstapstations gaan expresliften die nergens anders stoppen - van de overslagstations naar de overige verdiepingen gaan langzamere stopliften. Bijvoorbeeld om in het Empire State Building aan de top te komen, moet je twee keer overstappen.

In het internetnetwerk zijn er divers niveaus van overstapstations - op het hoogste niveau zijn er zeven stations. Hoe hoger het niveau, hoe sneller de verbindingen tussen de stations.

Het netwerk in de hersenen is ongetwijfeld voor een belangrijk deel hetzelfde georganiseerd, waarvan een aantal elementen al bekend zijn, zie het vervolg van Neurologie, organisatie . 


Addendum jun.2012:
Het volgende is hier aan toegevoegd in de vorm van een addendum, omdat het relevant is voor voor de werking van de wetenschap (de Volkskrant, 23-06-2012, door Malou van Hintum):
  Bewustzijn huist wellicht in snelweg onder de schedel

Diep in het brein bevindt zich een soort glasvezelnetwerk. Zouden alzheimer en coma storingen zijn daarin?

Bij hersenbeschadigingen kijkt men doorgaans naar welke gebiedjes in het brein zijn aangetast. Maar beschadiging van bepaalde verbindingen tussen die gebiedjes heeft vaak veel grotere negatieve effecten.
    Dat komt doordat die verbindingen een netwerk vormen dat fungeert als de 'ruggegraat' van het brein, zo blijkt uit onderzoek van neurowetenschapper Martijn van den Heuvel (UMC Utrecht) dat deze week in PNAS is gepubliceerd.
    Hersenen bestaan uit grijze stof (zenuwcellen) en wittestofbanen (de uitlopers daarvan). De wittestofbanen zijn de 'verbindingswegen' die ervoor zorgen dat verschillende hersengebiedjes met elkaar kunnen communiceren. De studie van Van den Heuvel laat met behulp van zogeheten DTI (diffusion tensor imaging) nu voor het eerst zien op welke manier dat gebeurt.
    Van den Heuvel bracht honderdduizenden verbindingswegen in kaart en keek daarbij naar hun kruispunten. Tot nu toe dachten onderzoekers dat deze 'hubs' door middel van normale verbindingswegen met elkaar communiceren. Maar Van den Heuvel laat zien dat de verbindingen tussen de hubs samen een apart supernetwerk vormen van langeafstandsverbindingen. Dat supernetwerk fungeert als een 'breinruggegraat', die zorgt voor efficiënte communicatie in het brein.    ...

Waarna precies zo'n zelfde soort uitleg volgt al op deze website is gehouden, puur op gronden van de werking van techniek. Met nog het volgende feit:
  Van den Heuvel: 'Je kunt het vergelijken met de manier waarop snelwegen moeten zorgen voor een goede doorstroming van het verkeer. ...Het supernetwerk bestaat uit slechts 12 procent van alle verbindingswegen in het brein, maar faciliteert 47 procent van alle langeafstandscommunicatie.'

Maar natuurlijk. Want zo werkt het bijna altijd. Want, hoogst toevallig, in het artikel op de naburige pagina (de Volkskrant, 23-06-2012, van verslaggever Maarten Keulemans):
  Uitgekleed netwerk

...    Een netwerk kan van alles zijn: op de kaart gaat het om de belangrijkste luchtvaartroutes op aarde, maar het Nederlandse wegennetwerk of het vriendennet op Facebook hadden ook gekund. Er is eigenlijk maar één nadeel. Omdat netwerken al snel bestaan uit vele miljoenen verbindingen, valt het nog niet mee om er iets zinnigs uit op te maken. ...
    In Nature Communications gaf het Duits-Amerikaanse team, onder leiding van toegepast wiskundige Dirk Brockmann, een goede aanzet. Langs wiskundige weg toonden ze aan dat het mogelijk is een netwerk zo te vereenvoudigen dat alleen de belangrijkste verbindingen overblijven ... Het netwerk behoudt al zijn eigenschappen, maar wordt een stuk behapbaarder ...
    Cruciaal voor de vereenvoudiging is niet de verbindingen, maar de knooppunten van het netwerk als uitgangspunt te nemen, en telkens te bekijken welke verbindingen vanuit de knooppunten gezien het belangrijkst zijn. Dat levert een aanzienlijke besparing op: in het luchtvaartnetwerk bleek slechts 7 procent van het oorspronkelijke netwerk nodig om de eigenschappen van het gehele netwerk te beschrijven.    ...

Precies zoals al eerder beschreven. Er wordt een voorbeeld bijgeleverd in de vorm van ene plaatje van luchtvaartroutes, met in het rood wat werd gevonden als het het basisnetwerk, de backbone. Met daarnaast het artikel over het hersennetwerk:
netwerk

In beide gevallen zie je het basisnetwerk te midden van de massa van het complete netwerk - vanuit het basisnetwerk wordt verder naar de omgeving onderverdeeld naar meer massale secundaire en tertiaire en verdere verbindingen.


Naar Neurologie, organisatie ,  of site home ·.

27 nov.2009