چگونه محله‌ها همکاری را تقویت می‌کنند؟

کمک به همسایه یا پیگیری کار خود؟

این یک انتخاب چالش‌برانگیز است که مزایای متفاوتی برای هر تصمیم به همراه دارد. نظریه بازی‌ها راهنمایی‌هایی برای اتخاذ چنین انتخاب‌هایی ارائه می‌دهد — حداقل از منظر نظری. یافته‌های جدیدی که توسط یاکوب سوودوبا و کریشنندو چاترجی در موسسه علم و فناوری اتریش (ISTA) به دست آمده، نشان‌دهنده ساختارهای جدید شبکه‌ای است که همکاری را در سراسر یک سیستم تقویت می‌کند. این بینش‌ها همچنین می‌تواند در زیست‌شناسی کاربردهای بالقوه‌ای داشته باشد.

چالش همکاری

سوال همکاری مدت‌هاست که دانشمندان را به چالش کشیده است. در زمینه‌های زیست‌شناسی، جامعه‌شناسی، اقتصاد یا علوم سیاسی، درک این که تحت چه شرایطی یک گروه از افراد می‌تواند موفق باشد، بسیار حائز اهمیت است. نظریه بازی‌ها در این زمینه پاسخ‌هایی ارائه می‌دهد — حداقل از منظر ریاضی — با تحلیل تعامل افراد در یک گروه. گروه چاترجی در ISTA از نظریه بازی‌ها برای پاسخ به سوالات مرکزی در علوم کامپیوتر استفاده می‌کند. چارچوب جدید آن‌ها که در PNAS منتشر شده، جزئیات نحوه تقویت همکاری در سراسر یک سیستم را از طریق ساختارهای خاص همسایگی توضیح می‌دهد.

معمای زندانی

نظریه بازی‌ها برای اولین بار در کتاب «نظریه بازی‌ها و رفتار اقتصادی» که در سال 1944 توسط ریاضی‌دانان و اقتصاددانان اسکار مورگنسترن و جان فون نویمان منتشر شد، معرفی گردید. به زودی بعد از آن، معمای زندانی به موضوع مرکزی نظریه بازی‌ها تبدیل شد. یاکوب سوودوبا، دانشجوی دکترا و نویسنده اول این مطالعه، توضیح می‌دهد: “این یک ‘بازی’ ساده است که گزینه‌های ما را در بسیاری از سناریوهای واقعی توصیف می‌کند.”

مفاهیم ریاضی اصلی شامل دو زندانی است که گزینه‌ای برای خیانت به یکدیگر یا همکاری دارند. اگر هر دو همکاری کنند، یک پاداش قابل توجه را به اشتراک می‌گذارند. وقتی یکی همکاری می‌کند و دیگری خیانت می‌کند، تنها خیانت‌کننده از مزیت برخوردار می‌شود. علاوه بر این، مزیت فردی بیشتر از سهم آن‌ها خواهد بود اگر هر دو همکاری کنند. وقتی هر دو بازیکن به یکدیگر خیانت می‌کنند، هیچ مزیتی دریافت نمی‌کنند. این ریاضیات نه تنها در این سناریو بلکه همچنین در مسابقه تسلیحاتی بین کشورها، زندگی باکتری‌ها یا حتی در موقعیت‌های روزمره مانند تصمیم‌گیری درباره این که چه کسی باید ماشین ظرفشویی را در یک آشپزخانه مشترک خالی کند، کاربرد دارد.

از چارچوب اصلی به نظر می‌رسد خیانت برای افراد بیشترین مزیت را دارد. با این حال، همکاری هنوز در موقعیت‌های واقعی مشاهده می‌شود. چرا این‌گونه است؟ سوودوبا توضیح می‌دهد: “مکانیسم‌های مختلفی می‌توانند همکاری را تقویت کنند. یکی از آن‌ها متقابل بودن است؛ بدین معنا که از طریق برخی اقدامات تکراری، ممکن است اعتماد ایجاد کنیم و سپس همکاری کنیم.”

تأثیر ساختارهای ارتباطی بر همکاری در بازی‌های فضایی

به عنوان مثال، تصور کنید که همکار شما هر روز ماشین ظرفشویی را روشن می‌کند و فنجان مورد علاقه‌تان را تمیز و برای قهوه صبحگاهی‌تان آماده می‌گذارد. در پاسخ، شما ممکن است شروع به کمک کردن کنید و ظرف‌ها را از ماشین ظرفشویی خارج نمایید؛ این یک تبادل متقابل عمل‌ها است.

عامل کلیدی دیگر، چگونگی ارتباط افراد با یکدیگر است که در واقع ساختار شبکه را تشکیل می‌دهد. برای آزمایش این ساختارها، دانشمندان گروه چاترجی از بازی‌های فضایی استفاده می‌کنند.

همکاری در بازی تتریس

در بازی‌های فضایی، افراد بر روی یک شبکه قرار می‌گیرند و بر اساس روابط فضایی خود با یکدیگر تعامل می‌کنند. آن‌ها یا همکاری می‌کنند یا نه. در حین بازی، ممکن است افراد ببینند که همسایگانشان به خوبی عمل می‌کنند و در نتیجه، استراتژی آن‌ها را اتخاذ کنند. این ارتباط متقابل بر گسترش همکاری تأثیر می‌گذارد. شبکه‌ها (خوشه‌ها) شکل می‌گیرند و بر دینامیک کلی سیستم تأثیر می‌گذارند. این موضوع بسیار شبیه به بازی تتریس روی یک گیم بوی است، جایی که یک بلوک می‌تواند بر محیط اطراف خود تأثیر بگذارد و تعیین کند که بلوک‌های بعدی چگونه قرار بگیرند و در نهایت، کل سیستم را به هم پیوند دهد.

«مشخص شده است که ساختارهای ارتباطی مانند این‌ها به طور جزئی نرخ همکاری را افزایش می‌دهند،» سووبودا ادامه می‌دهد. «در مطالعه جدید ما، به سناریوی بهینه بالقوه نگاه کردیم.»

دانشمندان از تکامل طبیعی الهام گرفتند، جایی که انتخاب مداوم تغییرات ساختاری می‌تواند به طور قابل توجهی بر دینامیک یک جمعیت تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، داروین نشان داد که چگونه چنین تغییراتی می‌توانند خود را نشان دهند: داروین‌ها دارای شکل‌های مختلف منقار هستند که به منابع غذایی مختلف در جزایر گالاپاگوس سازگار شده‌اند. «امیدوار بودیم که نقش ساختار در بازی‌های فضایی نیز به همین اندازه قوی باشد،» سووبودا می‌گوید.

با چارچوب جدید خود، دانشمندان ساختارهایی را کشف کردند که می‌توانند همکاری را در چنین بازی‌های فضایی افزایش دهند. «ساختارهای ما دارای خاصیت تقویت‌کننده‌ای به طرز شگفت‌انگیزی قوی هستند؛ بهترین چیزی که تاکنون دیده‌ایم،» او اضافه می‌کند.

این ساختارها شبیه به رشته‌ای از ستاره‌ها هستند و نیاز دارند که مناطقی با همسایگان زیاد در کنار مکان‌هایی با تنها چند همسایه قرار گیرند. اینکه چگونه این مدل جدید و این ساختارهای شبکه می‌توانند در جامعه به کار گرفته شوند هنوز مشخص نیست. در ماه‌های آینده، سووبودا و دانشمندان گروه چاترجی بر روی تعمیم نتایج خود به بازی‌های دیگر و محیط‌های مختلف کار خواهند کرد.

با توجه به کاربردهای گسترده برای بازی‌های فضایی، ساختارهای جدید پیشنهادی می‌توانند به زیست‌شناسی نیز راه پیدا کنند. به عنوان مثال، زیست‌شناسان می‌توانند از این ساختارهای جدید برای تسریع در تکامل در آنچه که به عنوان «بیوراکتورها» شناخته می‌شود، استفاده کنند؛ دستگاه‌هایی با محیط کنترل‌شده که برای کشت میکروارگانیسم‌ها برای تحقیق یا در صنعت‌هایی مانند بیوتکنولوژی یا داروسازی به کار می‌روند.