文学、音楽、ソーシャルネットワークには、大量の情報を効率的に共有するための同様の基本的な構造があること明らかになった、という米国ペンシルバニア大学の研究報告。

英語学者や熱心な読者にとって、シェイクスピア正典は、最高の英文学を表している。ネットワーク研究者にとっては、シェイクスピアの37の戯曲とそれに含まれる884,421語は、非常に複雑な通信ネットワークを表している。数学、物理学、コンピュータ科学を利用して相互接続された広大なシステムを研究するネットワーク研究者は、シェイクスピアの作品ような複雑なネットワークが人間の脳に情報を伝達する方法を理解するために、統計的に厳密なアプローチを使用して研究を行った。

『ネイチャー物理学』誌に発表された新研究では、ネットワークサイエンスのツールを使用して、複雑な通信ネットワークが大量の情報を人間の脳に効率的に伝達する方法を説明している。

ポスドクのクリストファー・リン博士、大学院生のアリ・カーンとリア・パパドプロス、そしてダニエル・S・バセット教授によって実施されたこの研究は、文学、音楽、社会的つながりなど異なるタイプのネットワークが、情報を迅速かつ効率的に共有できるような同様の基本的な構造を持っていることを発見した。

技術的には、ネットワークは、ノードと呼ばれるさまざまなエンドポイント間の、エッジと呼ばれる接続の統計的およびグラフィカルな表現である。たとえば、文学では、ノードは単語である場合があり、エッジは単語が互いに隣り合って出現する場合に単語を接続することができる（ "my"--"kingdom"--"for"--"a"--"horse"）または類似したアイデアまたは概念を伝える場合（「黄」--「オレンジ」--「赤」）。

リン博士によると、ネットワーク科学を使用して言語などを研究する利点は、スモールスケールでの関係を定義すると、それらの接続を使用して、よりラージスケールでのネットワークの構造について推論できることである。「ノードとエッジを定義したら、ズームアウトして、このオブジェクト全体の構造がどのように見えるか、なぜその特定の構造を持っているのかを問い始めることができる」とリン博士は言う。

研究チームは、脳が複雑な情報をどのように処理するかをモデル化するチームの最近の研究に基づいて、ネットワークが伝達する情報量とその情報伝達がどれだけ効率的かを決定するための新しい分析フレームワークを開発した。「通信の効率を計算するには、人間が情報をどのように受信するかについてのモデルが必要だ」とリン博士は説明する。

この分析フレームワークを用いて、研究チームは、情報を通信するためにはなにが重要な機能なのかを知るために、40件の実世界コミュニケーションネットワークを評価した。シェイクスピア正典やジェーン・オースティンの『高慢と偏見』など英文学作品を、モーツァルトのソナタ11番やクイーンの『ボヘミアンラプソディ』などの音楽作品と一緒に検討した。彼らはまた、科学の共著ネットワークやFacebookの友達のつながりなど、社会的関係のネットワークについても研究した。

その結果、ネットワークの大規模な構造が、情報を伝達するそのネットワークの能力に不可欠であることを発見したという。驚くべきことに、この構造は異なるネットワークにおいて極めて類似していた。

これらのネットワークを情報が豊富で効率的なものにしているのは、「コミュニティ」構造と「異種」構造と呼ばれる2つの主要なネットワーク機能のバランスだという。コミュニティ構造は、ノードが集まり、関連する概念を呼び起こすクラスターを形成するときに発生する。「犬」という言葉を言うと、「ボール」、「フリスビー」、「骨」などが思い浮かぶかもしれない。そのようなコミュニティ構造は、人が次に来るかもしれない単語やアイデアを予測できるため、ネットワークをより効率的にするのに役立つ。

しかし、人が次に何が起こるかを予測できる場合、情報は驚きに直接関連しているため、伝えられる情報は多くないという。情報を提供するために、ネットワークには、適切に接続されたノードと疎に接続されたノードの両方が「ヘテロに」混在している必要がある。

シェイクスピアの作品を例に見てみると、「the」と「and」はそれぞれ28,944回と27,317回使用されているが、1回だけ出現する12,493の単語形式もある。「 『the』のようなハブでは、あなたはどこへ行くのか予想できない」とリン博士は言う。「これらのハブノードは、驚き、つまり情報を生成するために非常に重要であることがわかった。」

リン博士は、情報は豊富であるが解釈も容易なネットワークを作成するためには、ヘテロな混在とコミュニティ構造のバランスがどのように重要であるかという点に興味があるという。「人々はこれらの2つの構造を長い間研究してきた。これらはネットワーク科学の基本的な概念の2つである」と彼は言う。「この研究は、なぜこれらのネットワークのいくつかが現在のように構成されているのかを説明するものだ。なぜなら、彼らは情報を効率的に伝達しようとしているからだ。私はそれが最もクールな部分だと思う。」