
時空間パターンとは、幅広い自然現象に見られるパターンであり、空間的および時間的なパターン形成によって特徴づけられる。パターン形成の一般的な法則は当てはまる。「静的」な純粋な空間パターンとは対照的に、時空間パターンの複雑さは時間経過とともに初めて明らかになる。あらゆる種類の 進行波は、時空間パターンの良い例である。波の形状と振幅(空間部分)に加えて、空間における時間とともに変化する位置(そして場合によっては形状)も、パターン全体の重要な要素となる。
自然界における空間パターンと時空間パターンの区別は明確ではありません。なぜなら、厳密な意味で静的で不変のパターンは決して存在しないからです。岩石層でさえ、数千万年という時間スケールでゆっくりと変化します。したがって、両者の区別は、人間の経験と関連した変化の時間スケールにあると言えます。砂丘のスナップショット状態は、通常、純粋な空間パターンの例として取り上げられますが、これは明らかに誤りです。したがって、自然界における時空間パターンは例外ではなく、むしろ一般的であると言うのが適切でしょう。
多くの流体力学系は、stパターン形成を示す。
空間パターンを生成するあらゆる種類の反応拡散系は、反応と拡散の両方の時間依存性により、時空間パターンも生成する。
人工および自然のニューラルネットワークは、感覚知覚、学習、思考、推論、自発活動の両方において、事実上無限の多様なパターンを生成します。たとえば、多くの興奮性システムの特徴である螺旋波が新皮質標本で発生することが実証されています。[ 1 ]
すべてのコミュニケーション、つまり言語は、情報の時空間的符号化に依存しており、音の変化やあらゆる種類の信号、すなわち時間とともに変化する単一の情報構成要素を生成および送信します。書かれた言語は文字の(2D)空間的連結(文字列)としてのみ存在するように見えますが、時間とともに順次解読されなければなりません。したがって、生物が理解するあらゆる種類の言語は、最終的には神経信号のトランスコーディングであり、コミュニケーションが成功した場合、送信者で存在したのと同様の神経活動パターンを受信者に引き起こします。たとえば、鳥が捕食者を感知したときの警告の鳴き声は、潜在的な攻撃者をまだ見たり聞いたりしていない他の個体にも、同様の種類と程度の警戒(最終的には特定の種類の神経活動パターン)を引き起こします。
人工言語、例えばコンピュータ言語でさえ、一度に読み取られ解釈されるのではなく、順次行われるため、意味を持って配列された語彙(例えば「コンピュータコード」)は、一つのパターンと見なすことができる。
特定の種類の言語として、「静的な」(ランダムな転写エラー、組換え、突然変異を無視した)DNAとその時間経過に伴う転写パターンは、生物学的に重要なstパターンを生み出します。遺伝子制御ネットワークは、遺伝子発現レベルの時間経過を制御する役割を担っており、これは発現プロファイリングを用いて分析できます。
犯罪者は、犯行の計画と実行において時空間的なパターンを示し、これは将来の行動を予測するために利用できる可能性がある。時間的なパターンは、犯罪が実行される好ましい時間帯に当てはまる場合がある。空間的なパターンは、犯罪活動の潜在的な標的や経路において特定できる。
空間パターンは、犯罪が発生する可能性が最も高い場所を特定したり、潜在的な逃走経路を特定したりするために使用できます。さらに、犯罪者は、人口密度の低い地域や監視が限られている地域で犯罪を犯すなど、活動を隠すために時間的および空間的なパターンをよく使用します。犯罪に関連する時空間パターンを理解することで、法執行機関や犯罪予防の専門家は、犯罪活動をより効果的に防止および対応するための戦略を策定できます。たとえば、法執行機関は時空間パターンを使用して、犯罪のホットスポットを特定し、これらの地域への対応に最も効果的な戦略を決定できます。さらに、法執行機関や犯罪予防の専門家は、時空間パターンを使用して、潜在的な容疑者や犯罪活動の地域を特定および監視できます。[ 2 ]