چگونه محله روابط همسایگی را تقویت می‌کند؟

کمک به همسایه یا به کار خود رسیدن؟

این یک انتخاب چالش‌برانگیز با مزایای متفاوت برای هر تصمیم است. نظریه بازی‌ها در اتخاذ چنین انتخاب‌هایی از منظر نظری، راهنمایی‌هایی ارائه می‌دهد. یافته‌های جدیدی که توسط یاکوب سوودوبا و کریشنندو چاترجی در موسسه علم و فناوری اتریش (ISTA) به دست آمده، ساختارهای جدید شبکه‌ای را معرفی می‌کند که همکاری را در سراسر یک سیستم تقویت می‌نماید. این بینش‌ها همچنین می‌توانند در زیست‌شناسی کاربرد داشته باشند.

چالش همکاری

چالش همکاری مدت‌هاست که دانشمندان را به تفکر واداشته است. چه در زمینه‌های زیست‌شناسی، جامعه‌شناسی، اقتصاد یا علوم سیاسی، کشف این که تحت چه شرایطی یک گروه از افراد می‌تواند موفق باشد، 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 است، اکنون جزئیات بیشتری درباره چگونگی افزایش همکاری در یک سیستم از طریق ساختارهای خاص همسایگان ارائه 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 هر یک گزینه‌ای برای خیانت به دیگری یا همکاری دارند. اگر هر دو همکاری کنند، پاداش قابل توجهی را به اشتراک می‌گذارند. وقتی یکی همکاری می‌کند و دیگری خیانت می‌کند، تنها خیانت‌کننده از این مزیت بهره‌مند می‌شود. علاوه بر این، مزیت فردی بیشتر از سهم آنها در صورت همکاری خواهد بود. وقتی هر دو بازیکن به یکدیگر خیانت کنند، 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 اینکه چه کسی باید ماشین ظرفشویی را در یک آشپزخانه مشترک خالی کند، کاربرد دارد.

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

تأثیر ساختارهای شبکه‌ای بر همکاری در بازی‌های فضایی

به عنوان مثال، تصور کنید که همکار شما هر روز ماشین ظرفشویی را روشن می‌کند و فنجان مورد علاقه شما را تمیز و آماده برای قهوه صبحگاهی‌تان می‌گذارد. در پاسخ، ممکن است شما شروع به کمک کنید و ماشین ظرفشویی را تخلیه کنید؛ این یک تبادل متقابل از اقدامات است. یکی دیگر از عوامل کلیدی، چگونگی ارتباط افراد با یکدیگر است که در واقع ساختار شبکه را تشکیل می‌دهد.

بازی‌های فضایی و همکاری

برای آزمایش این ساختارها، دانشمندان گروه چاترجی از بازی‌های فضایی استفاده می‌کنند. در این بازی‌ها، 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 به شدت شبیه به بازی تتریس بر 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 متصل کند.

«مشخص شده است که ساختارهای متصل‌کننده 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 در مورد داروین فینچ‌ها نشان می‌دهد که چگونه چنین تغییراتی می‌توانند بروز پیدا کنند: آن‌ها اشکال مختلف منقار را متناسب با منابع غذایی مختلف موجود در جزایر گالاپاگوس تکامل یافته‌اند. «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 این بازی‌های فضایی تقویت کنند. «ساختارهای ما دارای خاصیت تقویت‌کننده‌ای به طرز شگفت‌انگیزی قوی هستند، بهترین چیزی که تا به حال دیده‌ایم،» او اضافه می‌کند. این ساختارها شبیه به رشته‌ای از ستاره‌ها هستند و نیاز دارند که مناطقی با همسایگان زیاد در کنار جاهایی با تنها چند همسایه قرار بگیرند.

کاربردهای اجتماعی و زیستی

چگونه این مدل جدید و این ساختارهای شبکه‌ای می‌توانند به جامعه اعمال 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، 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.