生活的随机节奏围绕着我们——从萤火虫催眠般的同步闪烁……到孩子秋千的来回运动……再到人类心脏稳定的颤动的轻微变化。

但科学家们一直未能真正理解这些节律(称为随机振荡)。尽管研究人员和临床医生在解析脑电波和心跳方面取得了一些成功，但他们无法对无数的变化和来源进行比较或分类。

凯斯西储大学应用数学教授彼得·托马斯(PeterThomas)表示，深入了解振荡的根本原因“可能会促进神经科学、心脏科学和许多不同领域的进步”。

托马斯是一个国际团队的成员，该团队表示已经开发出一种新颖的通用框架，用于比较和对比振荡(无论其潜在机制不同)，这可能成为有一天完全理解它们的关键一步。

他们的研究结果最近发表在《美国国家科学院院刊》上。

“我们将比较振荡器的问题转化为线性代数问题，”托马斯说。“我们所做的比以前更精确。这是一个重大的概念进步。”

研究人员表示，其他人现在可以比较、更好地理解甚至操纵以前被认为具有完全不同特性的振荡器。

“如果你的心脏细胞不同步，你就会死于心房颤动，”托马斯说。“但是，如果你的脑细胞同步太多，你就会患上帕金森病或癫痫症，这取决于同步发生在大脑的哪个部分。通过使用我们的新框架，心脏或大脑科学家可能能够更好地理解振荡是什么可能意味着心脏或大脑如何工作或随着时间的推移而变化。”

摇曳的摩天大楼和脑电波

托马斯表示，研究人员(其中包括来自法国、德国和西班牙大学的合作者)找到了一种新方法，可以使用复数来描述振荡器的时间以及它们的“噪音”或时间不精确程度。

托马斯说，大多数振荡在某种程度上都是不规则的。例如，心律并不是100%规律。心跳自然变化5-10%被认为是健康的。

托马斯说，比较振荡器的问题可以通过考虑两个明显不同的例子来说明：大脑节律和摇摆的摩天大楼。

“在旧金山，现代摩天大楼在风中摇摆，受到随机变化的气流的冲击——它们被稍微推离垂直姿势，但结构的机械特性将它们拉回来，”他说。“这种灵活性和弹性的结合有助于高层建筑在地震期间幸存下来。你不会认为这个过程可以与脑电波进行比较，但我们的新形式主义可以让你对它们进行比较。”

托马斯说，他们的发现如何帮助机械工程和神经科学这两个学科目前可能还不得而知，他将概念上的进步与伽利略发现木星轨道卫星时进行了比较。

“伽利略意识到的是一种新的观点，虽然我们的发现没有伽利略那么深远，但这同样是观点的改变，”他说。“我们在论文中报告的是关于随机振荡指标的全新观点。”

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