Nuevo paper publicado en la revista PLOS ONE

“THOI: An efficient and accessible library for computing higher-order interactions enhanced by batch-processing“
Laouen Belloli, Pedro A. M. Mediano, Rodrigo Cofré, Diego Fernandez Slezak and Rubén Herzog

Resumen

Un trabajo desarrollado en colaboración entre el Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems (IFISC), el CONICET y la Universidad de Buenos Aires dio lugar a THOI (Torch-based High-Order Interactions), una nueva biblioteca de Python orientada al estudio de sistemas complejos mediante herramientas modernas de teoría de la información.

Los sistemas complejos (como el cerebro, el clima o las sociedades humanas) se caracterizan por dinámicas no lineales, interacciones en múltiples niveles y comportamientos colectivos que emergen de la interacción entre muchas partes. Sin embargo, gran parte de las herramientas tradicionales analizan únicamente relaciones entre pares de variables, dejando de lado interacciones más complejas que son fundamentales para comprender cómo funcionan realmente estos sistemas.

THOI fue diseñada para estudiar este tipo de interacciones de orden superior de manera accesible y eficiente. Basada en herramientas modernas de teoría de la información multivariada e implementada con tecnologías de computación paralela, la biblioteca permite realizar análisis de gran escala utilizando CPU, GPU y TPU.

La herramienta combina métodos avanzados para estimar información conjunta con técnicas optimizadas de procesamiento por lotes, logrando mejoras significativas en velocidad y escalabilidad respecto de herramientas previas. Esto permite analizar exhaustivamente sistemas pequeños y, en sistemas de gran tamaño donde el problema se vuelve computacionalmente inabordable, aplicar estrategias de optimización que hacen posible el estudio de interacciones complejas.

El trabajo validó THOI utilizando tanto datos sintéticos con interacciones controladas como datos reales de resonancia magnética funcional (fMRI) obtenidos en personas despiertas y bajo anestesia profunda. Además, se analizaron más de 900 datasets reales y sintéticos, estableciendo un marco integral para aplicar análisis de interacciones de orden superior en sistemas complejos.

THOI abre nuevas posibilidades para estudiar la naturaleza multidimensional, no lineal y colectiva de fenómenos complejos, con aplicaciones potenciales en neurociencia, física, biología y ciencias sociales.

Link al articulo: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0348005