Nächste Generation von Wissenschaftlern für die Modellierung und Analyse komplexer Systeme
Quantitative Modelle, die auf nichtlinearer Dynamik und komplexen Systemen basieren, werden häufig in verschiedenen Bereichen verwendet, die von der Klimaforschung bis hin zu Neurowissenschaft und Stromnetzen reichen. Solche Systeme, die biologische Organismen einschließen, bestehen aus interagierenden Einheiten mit oszillierenden Elementen. Mehrere messbare Mengen in lebendigen Systemen wie zum Beispiel Blutzirkulation, Atmung und Hirnaktivität oszillieren, und deren Frequenzen und Amplituden variieren zeitlich, oftmals in deterministischer und nahezu periodischer Weise. Es ist entscheidend, diese zeitlich variablen Oszillationen zu verstehen, um Anwendungen in Bereichen wie der Physiologie und Medizin entwickeln zu können. Das EU-finanzierte Projekt COSMOS (Complex Oscillatory Systems: Modeling and Analysis) zielt auf die Analyse komplexer oszillierender Systeme ab, die laut CORDIS „häufig in der Natur, in physikalischen und technischen Vorrichtungen und in den Biowissenschaften vorkommen“. Das Projekt ist insbesondere auf Systeme fokussiert, die aus mehreren miteinander verbundenen Untereinheiten bestehen und in verschiedenen Zeitskalen operieren. „Der neuartige interdisziplinäre Ansatz von COSMOS besteht in der Kombination theoretischer Techniken mit Datenanalyseverfahren, um die Entwicklung und Validierung ursprünglicher Analysemethoden für komplexe Systeme zu ermöglichen.“ Laut der Projektwebsite „wird letztlich ein benutzerfreundliches Softwarepaket entwickelt, um die Methoden einem breiten Spektrum potenzieller Benutzer zugänglich zu machen, darunter solche mit minimalen theoretischen Kompetenzen.“ Auf der gleichen Website ist das Forschungskonzept zusammengefasst und wird darauf hingewiesen, dass COSMOS aus 15 individuellen Projekten besteht, die allesamt Themen im Bereich der Analyse komplexer Signale gewidmet sind. Ein interdisziplinärer Ansatz Im Zuge der Programmziele, „wird COSMOS 15 Nachwuchsforscher an der Schnittstelle zwischen Physik, angewandter Mathematik und Biowissenschaften ausbilden, wobei theoretische und datengestützte Methoden integriert werden, um die Forscher für ein breites Spektrum industrieller und akademischer Positionen wettbewerbsfähig zu machen.“ Die wissenschaftliche Ausbildung wird die nichtlineare Dynamik, numerische Methoden und statistische Mechanik beinhalten. Es werden gegebenenfalls die Grundlagen aus der Neurowissenschaft, Physiologie und Systembiologie miteinbezogen. Es werden auch komplexere Themen behandelt, darunter informationstheoretische Methoden, die Synchronisierung, die Netzanalyse, fortschrittliche nichtlineare dynamische Indikatoren, Inferenzmethoden und die Nichtgleichgewichtsthermodynamik. Alle 15 Forscher, die sich an dem laufenden Projekt COSMOS beteiligt haben, arbeiteten gemäß dem europäischen Format für gemeinsame Doktorate unter der Aufsicht von zwei Teams an zwei Universitäten an ihren Doktorarbeiten. In einer Pressemitteilung der slowenischen Presseagentur wird betont, dass das „Phänomen der Schwingungsdynamik und des Schwingungsverhaltens überall präsent ist, nicht nur in sehr komplexen physikalischen Experimenten.“ In der gleichen Pressemitteilung wird COSMOS-Koordinator Arkady Pikovsky mit den Worten zitiert: „Wenn man zum Beispiel von Europa nach Amerika fliegt, erlebt man einen Jetlag, und das ist Ihr oszillatorisches System für Tag und Nacht, Ihr Organismus muss für die neuen Bedingungen neu synchronisiert werden, dies ist einer der Gegenstände dieses Wissenschaftsgebiets.“ Die Projektpartner gehen davon aus, dass die im Rahmen von COSMOS entwickelten Ideen und Instrumente für eine Vielzahl von Gemeinschaften, die von der grundlegenden Theorie bis zur Industrie reichen, bedeutende Auswirkungen zeitigen werden. Weitere Informationen: COSMOS-Projektwebsite
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