Magyar hálózatkutatók Európa élén: a felfedező kutatások legrangosabb pályázatán nyert Lovász László és Barabási Albert-László

A körülbelül 3 milliárd forintos támogatásból a három kutató és kollégáik arra kereshetik a választ, hogy milyen matematikai szabályszerűségek érvényesek a nagy hálózatokra a sejtekben zajló folyamatoktól az emberi agyon keresztül a Facebookig.

Barabási Albert-László, Lovász László és Jaroslav Nešetřil Fotók: portfolio.hu, mta.hu, mff.cuni.cz

A győztes projekt olyan kategóriában született, amely még az EU-ban legrangosabbnak számító alapkutatási pályázatok között is kiemelkedő: ez az úgynevezett ERC szinergiapályázat (ERC Synergy Grant). A 2012-ben és 2013-ban még kísérleti jelleggel meghirdetett pályázatot négy év és hosszas előkészítés után 2017-ben írta ki ismét az Európai Kutatási Tanács. A szinergiapályázatok különböző tudományterületek együttműködését segítik, hogy az így keletkező kutatási eredmények új kutatási területeket alapozzanak meg. 2017 novemberében Európa-szerte 295 pályázatot nyújtottak be, melyek közül közel egyéves, háromlépcsős bírálati folyamat végén 27-et választottak ki támogatásra.

A nyertes pályázat célja, hogy a hálózattudomány és a gráfelmélet legújabb eredményeire építve, a két tudományág tudósainak együttműködésével segítse a nagy hálózatok működésének megértését.

Az eredmények hatással lehetnek számos további tudományágra, ezért a kutatók folyamatosan konzultálnak majd agytudósokkal, orvosokkal, sejtbiológusokkal, fizikusokkal, kommunikációkutatókkal, a szociális hálózatok kutatóival, közlekedéskutatókkal és informatikusokkal is.

A nyertes ERC-pályázatot bemutató infografikánk ide kattinva elérhetőA projektet koordinátorként vezető Lovász László a Magyar Tudományos Akadémia elnöke, az Eötvös Loránd Tudományegyetem professor emeritusa. A világ élvonalába tartozó matematikus a dinamikusan változó hálózatok jellemzőinek matematikai leírását tűzte ki célul. „A hálózat ugyanolyan alapfogalommá vált a modern tudományban, mint korábban a függvények és differenciálásuk. Természetesen nem volt annyi idő a fejlődésére, mint az analízis esetében, így a matematikai módszerein sokat lehet fejleszteni. Ehhez azonban elengedhetetlen a hálózattudományban és a konkrét alkalmazások során felvetődött kérdések, a gyakorlati megfigyelések és módszerek figyelembevétele. Ezért örülök nagyon, hogy Barabási Albert-Lászlóval, a hálózattudomány kiemelkedő képviselőjével fogok együttműködni. Harmadik társunkkal, Jaroslav Nešetřil matematikus professzorral, az MTA tiszteleti tagjával több évtizede dolgozunk együtt, az ő kutatásai igen jól kiegészítik azokat a módszereket, amelyeket tovább akarunk fejleszteni. A Rényi Kutatóintézet munkatársai nagy segítséget nyújtottak a pályázáshoz” – mondta Lovász László.

„Nagy örömömre szolgál, hogy részt vehetek ebben a projektben, amely kivételes lehetőség arra, hogy megerősítsük a hálózattudomány matematikai alapjait. Megtiszteltetés, hogy a gráfelmélet olyan élő legendáival dolgozhatok együtt, mint Lovász és Nešetřil, valamint az MTA Rényi Alfréd Matematikai Kutatóintézetének kutatói. Ha jól végezzük a munkánkat, akkor az eredményeink valódi paradigmaváltást jelenthetnek majd” – mondta Barabási Albert-László fizikus, hálózatkutató, a projektvezető kutatója, a CEU Hálózat- és Adattudományi Tanszékének vendégprofesszora.

Az elnyert ERC-pályázatok tekintetében Magyarország messze kiemelkedően teljesít az EU13 országok között: 2007, a program indulása óta a régióban győztes pályázatoknak több mint 40%-a hazai kutatóintézetekben dolgozó kutatókhoz kötődik. Ezek közül a győztes pályázatok felét az MTA, közel negyedét a CEU kutatói nyerték el. A mostani siker sem előzmény nélküli: a Magyar Tudományos Akadémia Rényi Alfréd Matematikai Kutatóintézet és a CEU több kutatásban is együttműködik. A korábbi egyetlen kelet-közép-európai szinergiapályázatot a CEU kutatói nyerték el a kognitív pszichológia területén.

Mind a hálózattudomány, mind a gráfelmélet sikeres és komoly hagyományokkal rendelkező tudományág Magyarországon. Magyar matematikusok generációi tartoztak és tartoznak a gráfelméletet kutató tudósok élvonalába, így például Kőnig Dénes, Pólya György, Erdős Pál, Lovász László, Rényi Alfréd, Szemerédi Endre, Babai László és számos további tudós. A hálózattudomány hasonlóan elismert magyar képviselői között van Barabási-Albert László, Albert Réka, Vicsek Tamás, Kertész János és Csermely Péter, akik magyar kollégáikkal közösen vezető szerepet töltenek be a tudományág fejlődésében.

Szinergia: ahol összeér a matematikai gráfelmélet és a hálózattudomány

A matematika régóta foglalkozik hálózatokkal – a gráfelméletnek nevezett tudományág számos eredményét használják a számítógép-programozástól az ipari tervezésen át a csomagkihordásig. Hálózatokkal, kapcsolati rendszerekkel a matematikán kívül, a hétköznapokban is gyakran találkozunk – elég csak egy város úthálózatára vagy az ökológiában egy élőhely lakóinak kapcsolataira gondolnunk.

Az utóbbi években azonban a technológiai lehetőségek robbanásszerű fejlődésével egyre több tudományterület és iparág művelői szembesülnek óriási, akár elemek milliárdjait tartalmazó hálózatokkal, amelyek megértése elengedhetetlen kulcsfontosságú kérdéseik megválaszolásához.

Milyen sebességgel terjednek a hírek és álhírek a Facebookon? Több ezer közül mely fehérjék működését érdemes gyógyszeresen befolyásolni ahhoz, hogy helyreállítsuk egy sejt vagy szövet egészséges működését? Miként képes rugalmasan áthuzalozni magát az agy egy sérülést követően? Az ilyen és ehhez hasonló kérdések megválaszolásában sokat segítene, ha jobban értenénk a hatalmas méretű, dinamikusan változó hálózatok matematikáját.

Barabási Albert-László hálózattudósként e nagyon is valós hálózatok tulajdonságaival foglalkozik, és kutatásai során több fontos felismerést tett matematikai jellemzőikről. Lovász László és Jaroslav Nešetřil a másik oldalról, a matematika irányából közelítette meg a nagy hálózatok problémáit, és ért el alapvető eredményeket. Kiderült azonban, hogy az eddigi matematikai eredmények a nagy hálózatoknak csak egy részét érintik, így számos valós óriáshálózat tulajdonságainak és dinamikai jellemzőinek a megmagyarázása jelenti a kihívást a projekt számára.

A három kiemelkedő kutató hat éven át futó projektjében a két megközelítésmód, a matematikai gráfelmélet és a hálózattudomány összeér. A Lovász László vezetésével folyó kutatások céljául a való életben újra és újra felbukkanó, jellemzően dinamikusan változó hálózatok jellemzőinek matematikai leírását tűzték ki. Eredményeik mindkét oldal számára rengeteg lehetőséget ígérnek, és közelebb vihetnek számos, a gyakorlatban is fontos kérdés megválaszolásához az orvostudománytól – így a sejtbiológiától és az agykutatástól – kezdve a mérnöki alkalmazásokon át a mindannyiunk életét átszövő kommunikációs hálózatokig.