Саратовские ученые открыли пользу шума

МОСКВА, 13 фев. Ученые СГУ выяснили, что шум — случайные колебания — может улучшать работу таких сложных систем, как транспортные, компьютерные или нейронные сети. Это открытие может помочь в изучении работы мозга и создании более эффективного искусственного интеллекта (ИИ), сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ.
Шум традиционно считается источником помех и ошибок, например, в технике связи или работе вычислительных устройств. Однако новое исследование показывает, что он может играть конструктивную роль, рассказала профессор кафедры радиофизики и нелинейной динамики Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского (СГУ) Татьяна Вадивасова.
«

"Представьте себе шумящий водопад и рядом сидящий оркестр, где каждый музыкант играет свою партию, не прислушиваясь к другим и не следуя общему ритму. Однако благодаря тому, что шум водопада хоть и случаен, но более интенсивен в области низких частот, он может помочь оркестру поймать общий ритм и начать играть в унисон. Это и есть шумовая синхронизация — явление, которое изучают ученые", — объяснили в университете.

Физики СГУ изучили то, как случайные колебания в связях между элементами многослойной системы могут вызывать синхронное поведение между разными слоями (подсистемами). Они обнаружили, что управляя определенными параметрами шума — интенсивностью и частотой — можно добиться повышения согласованности системы и контролировать ее поведение.

Это открытие имеет большое значение для многих научных областей, говорится в сообщении Минобрнауки РФ. Например, для исследования биологических нейронных сетей: в мозге шум, возникающий от случайных электрических импульсов, может играть важную роль в формировании упорядоченной активности нейронов.
Кроме того, результаты помогут создавать более эффективные модели, имитирующие активность биологических нейронных сетей и находящих применение в области искусственного интеллекта.

Ученые планируют продолжить изучение эффектов шума в моделях, наиболее приближенных к реальным системам, в том числе, с непрерывным временем, при воздействии различных типов шума. Это позволит глубже понять влияние шума на поведение сложных систем в реальных условиях.

«Важно исследовать более реалистичные модели ансамблей и сетей. Необходимо подтвердить, что установленные в нашем исследовании эффекты имеют место и для таких систем в присутствии непрерывных во времени источников шума с различными характеристиками», — рассказала руководитель исследования, заведующая кафедрой радиофизики и нелинейной динамики СГУ Галина Стрелкова, слова которой приводятся в сообщении.

В пресс-службе Минобрнауки РФ рассказали, что на данном этапе ученые планируют исследовать влияние гауссова белого и цветного шума, а также негауссовых процессов, которые могут быть характерны для реальных систем.

Результаты опубликованы в журнале Physica D: NonlinearPhenomena. Исследование по теме «Коллективная динамика связанных ансамблей нелинейных осцилляторов. Влияние топологии и характера связей, неоднородности, внешних шумовых и регулярных возмущений» выполнено в рамках гранта РНФ №20-12-00119 и федеральной программы «Приоритет 2030».
Исследование проведено при поддержке Минобрнауки России.