Tudósközelben: Vicsek Tamás akadémikus, biofizikus

IPM: Az &Oumln által vezetett akadémiai kutatócsoport a hálózatok, s a csoportos mozgás területén vizsgálódik? Mitől érdekes a tudomány számára a csoportos mozgás, és mekkora csoportra gondoljunk?

V. T.: Ez a statisztikai fizika területe, amennyiben igen sok (1023, százezer trillió) hasonló részecskéből álló rendszerek viselkedését vizsgáljuk, például egy pohár vízét. Engem az „érdekes" viselkedés foglalkoztatott, mert a víz meg tud fagyni unalmasan, de érdekes módon is, utóbbira jó példa a hópehely, amely erős nagyításban mutatja meg látványos struktúráját. Amikor azonban biológiai egységek csoportos mozgását vizsgáljuk, ez a szám sokkal kisebb, pár tucattól pár ezer organizmusig terjed a rendszerek mérete.

Egyébként, ha a fizika fejlődését aszerint tekintjük át, hogy miként foglalkozott az objektumok kölcsönhatásával, akkor véleményem szerint a newtoni korszaktól máig négy fő állomást jelölhetünk meg. Az elsőnél még egyszerû és kis számú objektum kölcsönhatását kutatták, a következőben sok egyszerû objektum átlagos viselkedését – ez volt a XIX. század végi klasszikus statisztikai fizika –, majd a XX. században kevés elemből álló, de érdekesen kölcsönható rendszerek bonyolult viselkedését. Utóbbira példa három inga komplikált összekapcsolása: az ingák kaotikus pályát írnak le, a mozgásuk nem ismétlődik. (Ilyesmit még unalomûző asztali szerkezetként is árultak.)

Manapság pedig sok bonyolult objektum együttes viselkedését kutatjuk, ami számítógépes modellek nélkül reménytelen feladat volna. A bonyolultság pedig a fehérje és a DNS szintjén kezdődik, folytatva a legegyszerûbb élőlényekkel, majd rovarokkal – eljutva egészen az emberig. Ezek a komplikált szervezetek nagyon bonyolult kölcsönhatásban állnak egymással, mégis meglepő hasonlóságot fedezhetünk föl egy hópehely kialakulása és egy baktériumtelep növekedése során kialakuló mintázat között.

IPM: Rovarok és emberek mozgása egyaránt jól modellezhető?

V. T.: A hangyatársadalom viselkedése sokkal fejlettebb, mint az egyedeké, ám kölcsönhatásuk viszonylag egyszerûen modellezhető számítógéppel. Ha a szimuláció jó, akkor a hangyaszerû ágensek (ahogy a modellezett egyedeket hívják) akár építkezésbe is fognak. A mi kutatócsoportunk azonban embereket modellez, amihez mesterséges intelligenciára sincs szükség, mivel viszonylag egyszerû kérdésekre keressük a választ: azt vizsgáljuk, hogyan mozog együtt a tömeg. Például amikor kiáramlanak egy stadionból, akkor – nagyon leegyszerûsítve, az egyenletek szerint – úgy viselkednek, mint egy homokfolyam, vagy mint a vöröshangyák.

Az együtt mozgó lények, egyszerû biológiai szervezetek által produkált jelenségek törvényszerûségeit az 1990-es években kezdtük kutatni. A fizikusok világában mindenképpen elsőként, és amikor az elmúlt 3-4 évben nemzetközileg is felkapottá vált a téma, már komoly kutatási előnnyel rendelkeztünk. És persze beszálltunk az általunk keltett versenybe.Egyik kutatásunk témája a pánikhelyzet volt, ezt a mi megközelítésünkben a mozgás egyszerû szempontjából modelleztük: amikor a kölcsönhatásban lévő „részecskék" – ezúttal tehát az emberek – szélsőségesen egy irányban tülekednek. Valós, vagy azt megközelítő helyzetet nehéz kísérleti körülmények közt vizsgálni, ezért jobb a modellezés. Egy-két évvel utánunk egereken kipróbálták ezt, és a kísérlet igazolta téziseinket.

IPM: Min alapszik a hálózatok kutatása?

V. T.: Amikor sok, egymástól nagyon különböző, bonyolult egységekből álló rendszert vizsgálunk, akkor a hálózatok (szakszóval gráfok) elméletével tudjuk megközelíteni a kérdést. A gráf sokféle elemből áll, amelyek valamilyen módon kölcsönhatásban vannak, de ennek megléte (vagy éppen hiánya) erősen függ az alkotóelemek viszonyától. Például a tápláléklánc egyik tagja megeszi a másikat, de a harmadikat nem. Vagy az embereknél X kedveli Y-t, de Z-vel szóba sem áll. Legegyszerûbb a társas hálózatok megértése, például a telefonos hívások hálózatáé. Bizonyos személyek egymás közt gyakran telefonálnak, másokkal csak néhányszor. Az ezzel kapcsolatos adatok óriási tempóban gyûlnek. Legújabban már a hívások térbeli koordinátáiról is eltárolják az információkat és ez lehetővé teszi ez emberek egymáshoz képesti mozgásának követését is. Ehhez hasonlóan mûködnek a biológiai szervezetek: több tízezer fehérje áll kapcsolatban egymással, némelyek közt gyakoribbak a „hívások", mások alig állnak szóba egymással – és mûködtetik a szervezetet.

IPM: Mindez hogyan kapcsolódik a csoportos mozgáshoz?

V. T.: Mint elöljáróban említettem a csoportos mozgás és a hálózatok kutatása szorosan kapcsolódik egymáshoz. Mindkettőben kölcsönható egyedeket vizsgálunk valamilyen szempontból. Az definiálja a hálózatot, hogy éppen kik befolyásolják egymást – a köztük lévő hálózat útján. Egyrészt vizsgáljuk a hálózatok időbeli fejlődését, másrészt a csoportos mozgást, azt, hogy éppen melyik egyed melyikkel van kölcsönhatásban. Mi pedig kutatásaink során fel tudjuk használni az egyik területen azt, amit a másikban tanultunk. Egyébként most „divatos" kutatási terület a robotok csoportos mozgása és hálózati kapcsolata. Egy újabb elképzelés szerint a Mars felszínét érdemes lenne úgy feltérképezni, hogy egy-egy nagy mobil egység helyett pár száz vagy néhány ezer hangyaszerû robot járná a bolygót, és ha egyikük valami „érdekeset" talál, akkor a többieket odahívja, s így együtt okosabban tudnak vizsgálódni.

IPM: Nyilván vizsgálnak egyszerûbb és bonyolultabb csoportokat is…

V. T.: Nagy, valódi hálózatok szerkezetét jellemzi, hogy a kapcsolatrendszerek révén az elemek csoportokba tömörülnek – legyen szó fehérjékről vagy emberekről. Ezek a csoportosulások aztán újabb csoportokat alkotnak és így tovább. Például az egyetemi tanszékek intézetekké, azok karokká, végül egyetemmé szerveződnek. Míg az előbbi csoportok közt sûrû a kapcsolatrendszer, addig a karok közt már inkább csak a tudományágak közti (interdiszciplináris) munka teremt személyes kapcsolatot. Mi egyébként – kutatásaink jellegéből fakadóan – a társadalomtudományi karon a szociológusokkal tartunk kapcsolatot. Izgalmas terület a csoportszerkezet, mert időben fejlődik, és ebből előre lehet jósolni bizonyos dolgokat – márpedig az ember szeret belesni a jövőbe. Komoly, gyakorlatias téma a vállalatok belső csoportszerkezete. Ha a cégvezetés követni tudja ezt a kapcsolatrendszert, megértheti, hogy kik miért népszerûek, kik az információ legfőbb áramoltatói – egyszóval mélyebben láthat bele a vállalat dinamikájába. Harmadik területünk ennek kutatása.

IPM: Találmányokban bővelkedő, gyakorlatias ötletekben dúskáló nemzetnek gondoljuk magunkat. &Iacutegy tûnik ez a tudós számára is?

V. T.: Régebben Magyarország élen járt az innovációban, és ez ma is fontos része az önmagunkról kialakított képnek – de nagyjából egy évtizede már csak a múlt csalóka visszfénye, mert a szabadalmak száma és egyéb fontos mutatók komoly visszaesést jeleznek. Sokára indult el nálunk az a tendencia is, hogy az egyetemek – de főként a kutatóintézetek – olyan vállalkozásokat alapítsanak, amelyek az alapkutatásban elért eredményeket hasznosítják a gyakorlatban. Itt ne egyszerû kis betéti társaságokra gondoljunk, hanem a fejlett országokban már rég megszokott, igazi csúcstechnológiát fejlesztő „spin off" cégekre. Ezek kockázati tőke és központi támogatás bevonásával komoly húzóerői az innovációnak.

Kockázati tőke hazánkban is akadna erre a célra, de egyelőre lasszóval kell vadászniuk a befektetőknek az innovatív cégekre, és spin-off jellegû kezdeményezésekből csak néhány tucat akad az országban. Az egyik perspektívát a szoftveres innováció jelenti, erre jó példa a Graphisoft. Most pedig – alig néhány hete – a Yahoo megvett egy magyar vállalkozást, a Tensát, ismertebb nevén az IndexTools-t, amely a webanalitikai szoftverpiac egyik vezető cége. (Az üzletnek komoly szakmai visszhangja volt külföldön is, mert a Google-lel való versengés újabb állomásának tekintették – a szerk. megj.) Szabó Gábor akadémikus és csapata pedig Szegeden ért el kiugró eredményeket az innovációk és ezekkel kapcsolatos cégek létrehozása terén. Szintén hazai sajátosság, hogy hivatalosan nem létezik a spin-off cég fogalma, mégis pályázatokat írnak ki ilyen vállalkozásoknak. Ez utóbbi persze örvendetes dolog, amint az is, hogy évi több tízmilliárd forint juthat a kutatási eredmények ipari hasznosításának kidolgozására. (Az NKTH, vagyis a Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal idén 56 milliárd forintra pályáztatna világszínvonalú fejlesztési központokat.)

IPM: Lehet egyszerre kutatni, vállalkozni és pályázni?

V. T.: Igen, mi magunk is pályáztunk, persze ennek megvan az előtörténete. A vállalatok belső hálózatának kutatása, a csoportszerkezetek elemzése számunkra egyszerre kutatás és vállalkozás. Az egyedi cégadatokból alapkutatási anyagok nyerhetőek ki, persze a személyiségi jogokat óva, az adatokat anonimizálva. Mindebből pedig – az általunk kidolgozott módszerekkel – fölöttébb hasznos következtetések vonhatók le, nem csak a vállalat belső mûködéséről és rejtett erővonalairól, hanem – sok egyéb közt – az üzleti folyamatokról és (több százezer vagy millió adat elemzésével) a fogyasztói magatartásról is.

Erre a munkára az elsők közt hoztunk létre egy spin-off jellegû céget, amelynek különös hangzású neve, a Theridion egy „szociális" pókra utal, amely társaival közösen építi a hálót. (A 39 ezer leírt pókfaj közül alig kéttucatnyi viselkedik így.) A vállalatok belső kapcsolatrendszerét innovatív módon térképezzük fel, és az analízist is olyan módszerekkel végezzük, amilyeneket a Nature-ben (a legtekintélyesebb nemzetközi természettudományos folyóiratban) publikáltunk. Szerénytelenség nélkül mondhatom, hogy jelenleg csak néhány ilyen cég mûködik a világon – bár több tucat készülődik a megalakulásra.

IPM: Más spin-off céget is alapítottak?

V. T.: Amikor a kollektív mozgásokat baktériumtelepeken vizsgáltuk – ami napokig eltarthat –, kifejlesztettünk egy pici inkubátort. Az egysejtûeket ugyanis megfelelő körülmények közt kell tartani (hőmérséklet, páratartalom, szén-dioxid-koncentráció), különben elpusztulnak. Az inkubátornak pedig be kellett férnie a mikroszkóp lencséje alá, hogy vizsgálhassuk és filmre vehessük a mozgásukat. Ebből is született egy kis innovációs cégünk.

Szóval igyekeztünk a magunk módján hozzájárulni az innovációs kultúrához, de azért kicsit szomorú a helyzet: ha mi előfutárrá tudtunk válni, akkor még nem mondható el, hogy nagy hévvel beindult volna a hazai alapkutatás és az innováció találkozása. Szerencsére egyetemünkön, az Eötvös Loránd Tudományegyetemen már van pályázatmenedzser, támogatási forrásokat kereső ember és pályázatíró is, rájuk pedig nagy szükség van, mert így nem a kutatóknak kell menedzselniük önmagukat. Arra pedig mindig gondot fordítottunk, hogy az egyetem szintén profitáljon a spin-off cégeink mûködéséből. §

  • Életrajz
    Vicsek Tamás akadémikus, egyetemi tanár 1948-ban született Budapesten. Fizikusi diplomáját 1972-ben szerezte a moszkvai Lomonoszov Egyetemen, akadémiai doktorátusát 1988-ban, 2001-től az MTA rendes tagja. 1972–1990-ig az MTA Mûszaki Fizikai Kutatóintézetében (MFKI) dolgozott, közben vendégkutató volt az USA-ban. 1991-től az ELTE (Eötvös Loránd Tudományegyetem) Atomfizikai Tanszékén tevékenykedett, és itt tanszékvezető is volt (’92–96). 2006-tól professzor az ELTE Biológiai Fizika Tanszékén, és az MTA helyi kutatócsoportjának vezetője. Fontosabb díjak, elismerések: Akadémiai Díj, Adjunct Professor of Physics (Emory Egyetem, USA), Academia Europaea tagság, Associated Scholar (Bostoni Egyetem), Fáy András díj, Széchenyi Díj, Szilárd Leó professzori díj, az Amerikai Fizikai Társulat Tiszteletbeli Tagja.Kutatási témák (többek közt): sûrû folyadékok numerikus vizsgálata, klaszter modellek szimulációja, aggregációs jelenségek, fraktálnövekedés, mintázatképződés (számítógépes és laborkísérletek), kooperatív biológiai rendszerek (baktériumtelepek, sejttenyészetek, rajzás, embercsoportok) modellezése és kísérleti vizsgálata.Kedvtelései: tenisz, képzőmûvészetek.