چگونه محله‌ها همکاری را شکوفا می‌کنند؟

کمک به همسایه یا به کار خود رسیدن؟

انتخابی چالش‌برانگیز با مزایای متفاوت برای هر تصمیم. نظریه بازی‌ها در این زمینه راهنمایی‌هایی 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 افزایش می‌دهد. این بینش‌ها همچنین می‌توانند در زیست‌شناسی کاربرد داشته باشند.

چالش همکاری

سوال همکاری برای مدت طولانی دانشمندان را به چالش کشیده است. چه در زمینه‌های زیست‌شناسی، جامعه‌شناسی، اقتصاد یا علوم سیاسی، یافتن شرایطی که در آن یک گروه از افراد می‌تواند موفق باشد، بسیار حیاتی 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 چگونگی افزایش همکاری در سراسر یک سیستم را با 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، 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 گزینه‌هایی را که در بسیاری از سناریوهای واقعی داریم، توصیف می‌کند.”

مفهوم ریاضی اصلی شامل دو زندانی است که گزینه خیانت به یکدیگر یا همکاری را دارند. اگر هر دو همکاری کنند، یک پاداش قابل توجه را تقسیم می‌کنند. وقتی یکی همکاری می‌کند و دیگری خیانت می‌کند، تنها خیانت‌کننده از این موضوع بهره‌مند می‌شود. علاوه بر این، منفعت فردی بیشتر از سهم آنها در صورت همکاری است. وقتی هر دو بازیکن به یکدیگر خیانت کنند، هیچ منفعتی دریافت نمی‌کنند. این ریاضیات نه تنها در این سناریو بلکه در رقابت تسلیحاتی بین کشورها، زندگی باکتری‌ها یا حتی موقعیت‌های روزمره مانند تصمیم‌گیری درباره اینکه چه کسی باید ماشین ظرفشویی را در یک آشپزخانه مشترک خالی کند، نیز صدق می‌کند.

از چارچوب اصلی به نظر می‌رسد که خیانت برای افراد بیشترین منفعت 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 متقابل‌گرایی است که پیشنهاد می‌کند از طریق برخی اقدامات تکراری، ممکن است اعتماد ایجاد کنیم و سپس همکاری کنیم.”

تأثیر ساختارهای بین‌اتصالی بر همکاری در بازی‌های فضایی

به عنوان مثال، تصور کنید همکار شما هر روز ماشین ظرفشویی را روشن می‌کند و فنجان مورد علاقه شما را تمیز و آماده برای قهوه صبحگاهی شما می‌گذارد. در پاسخ، ممکن است شما شروع به کمک کنید و ظرف‌ها را از ماشین ظرفشویی خارج کنید؛ این یک تبادل متقابل از اقدامات است. یکی دیگر از عوامل کلیدی، چگونگی ارتباط افراد با یکدیگر و در واقع ساختار شبکه است. 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 بر روی یک گیم‌بوی 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 متصل کند.

«مشخص شده است که ساختارهای بین‌اتصالی 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 تأثیر قابل توجهی بر دینامیک یک جمعیت داشته باشد. به عنوان مثال، داروین در مورد داروین فینچ‌ها نشان می‌دهد که چگونه چنین تغییراتی می‌توانند نمایان شوند: آن‌ها اشکال مختلف منقار را تکامل داده‌اند که به منابع غذایی مختلف موجود در جزایر گالاپاگوس سازگار است.

«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 تقویتی به طرز شگفت‌انگیزی قوی هستند، بهترین چیزی که تاکنون دیده‌ایم،» او اضافه می‌کند. این ساختارها شبیه به رشته‌ای از ستاره‌ها به نظر می‌رسند و نیاز دارند که مناطق با همسایگان زیاد در کنار مکان‌هایی با تنها چند همسایه قرار بگیرند.

اینکه چگونه این مدل جدید و این ساختارهای شبکه‌ای 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 تنظیمات مختلف کار خواهند کرد. با توجه به کاربردهای گسترده برای بازی‌های فضایی، این 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 کنترل شده که برای کشت میکروارگانیسم‌ها برای تحقیقات یا در صنعت‌هایی مانند بیوتکنولوژی یا داروسازی به کار می‌روند.