科学家们讨论了高阶相互作用如何在大规模甚至全球范围内改变一个系统。
网络由节点及其连接组成，帮助研究人员建模动态系统，如疾病传播或大脑如何处理信息。虽然节点之间的成对相互作用可以说明个体之间的关系——比如大脑中的神经元连接——但研究人员也研究涉及三个或更多节点的相互作用。这些高阶相互作用揭示了在仅关注对时所未能发现的变化和现象。
元朝张，SFI复杂性博士后研究员，研究了高阶相互作用对小规模系统的影响。在最近发表在《科学进展》上的一项研究中，他分享了他关于这些相互作用如何改变更大甚至全球规模系统的发现。“我们的目标是理解它们如何改变整个格局，”他说。
张和他的团队发现，高阶相互作用可以创造更深的“吸引盆地”，这些盆地代表一组起始点，随着时间的推移最终到达同一状态。在摆的类比中，最低点被视为吸引子，因为每一个潜在的起始点都位于吸引盆地中，因为它们最终都会汇聚到那里。在大脑通过复杂数学问题时，通向解决方案的思维过程——理想情况下是正确的过程——存在于吸引盆地内。更深的盆地意味着这些解决方案具有更大的稳定性；也就是说，起始点更快速地到达最低点，或从小扰动中迅速恢复。
有趣的是，然而，张和他的研究人员发现，随着盆地的加深，它们也变得更窄。虽然进入盆地的起始点到达得更快，但总体来说，达到底部的起始点则更少。“当从景观中的一个随机点开始时，我们似乎永远无法到达[吸引盆地]，”张指出。高阶相互作用引入了一种尚未广泛研究的非线性类型。
研究人员通过测试特定类型的网络观察到了这种行为，但张理论上认为，盆地缩小和加深的现象可能适用于动态系统一般——而高阶相互作用可能促进新盆地的出现。“随着它们的引入，许多以前不存在的新吸引子可能会出现，”他说。
这项新研究可能对探索现实世界系统中的复杂相互作用具有重要意义。“我们追求的是更深但更小的盆地，”张说。更小的盆地将使大脑能够在不同状态之间流畅切换，以解决复杂任务。更深的盆地将帮助对话者——或在线阅读SFI文章的人——即使在短暂分心的情况下也能保持思维过程。“这种稳定性使大脑能够更快地从小干扰中恢复，”张解释道。
