이웃이 협력을 강화하는 방법

이웃을 돕는 것, 아니면 자신의 일을 하는 것? 각 결정에 다른 이점이 있는 도전적인 선택입니다. 게임 이론은 이론적 관점에서 이러한 선택을 하는 데 지침을 제공합니다. 오스트리아 과학기술연구소(ISTA)의 야쿠브 스보보다와 크리슈넨두 차테르지의 새로운 연구 결과는 시스템 전체에서 협력을 강화하는 새로운 네트워크 구조를 보여줍니다. 이러한 통찰력은 생물학에도 잠재적으로 적용될 수 있습니다.

협력의 문제는 오랫동안 과학자들을 당혹스럽게 했습니다. 생물학, 사회학, 경제학 또는 정치학 분야이든, 어떤 상황에서 개인 집단이 성공할 수 있는지 알아내는 것은 중요합니다. 게임 이론은 적어도 수학적 관점에서 그룹 내 개인들의 상호작용을 분석하여 이와 관련하여 답을 제공합니다.

ISTA의 Chatterjee 그룹은 게임 이론을 사용하여 컴퓨터 과학의 핵심 문제를 해결합니다. PNAS 에 게재된 최신 프레임워크는 이제 이웃 개체의 특정 구조가 시스템 전체에서 협력을 강화할 수 있는 방법을 자세히 설명합니다.

죄수의 딜레마

게임 이론은 1944년 수학자이자 경제학자인 오스카 모르겐슈테른과 존 폰 노이만이 출판한 "게임 이론과 경제적 행동"에서 처음 제시되었습니다. 얼마 지나지 않아 죄수의 딜레마가 게임 이론의 중심 주제가 되었습니다. "그것은 우리가 많은 실제 상황에서 가진 선택 사항을 설명하는 간단한 '게임'입니다."라고 연구의 첫 번째 저자이자 박사 과정 학생인 야쿠브 스보보다가 설명합니다.

원래의 수학적 개념은 서로를 배신하거나 협력할 수 있는 선택권이 있는 두 명의 수감자를 포함합니다. 두 사람이 협력하면 상당한 보상을 공유합니다. 한 사람이 협력하고 다른 플레이어가 배신하면 탈주자만 이익을 얻습니다. 게다가 두 사람이 협력하면 개인의 이익이 그들의 몫보다 더 클 것입니다. 두 플레이어가 서로를 배신하면 이익을 얻지 못합니다. 이 시나리오뿐만 아니라 국가 간의 군비 경쟁, 박테리아의 생명, 심지어 공동 사무실 주방에서 누가 식기 세척기를 비울지 결정하는 것과 같은 일상적인 상황에도 동일한 수학이 적용됩니다.

원래의 틀에서 보면 배신이 개인에게 가장 이로운 것처럼 보입니다. 하지만 현실 세계에서는 여전히 협력이 관찰됩니다. 왜 그럴까요?

"다양한 메커니즘이 협력을 촉진할 수 있습니다." 스보보다가 설명합니다. "그 중 하나는 상호성으로, 특정 반복적 행동을 통해 신뢰를 구축한 다음 협력할 수 있음을 시사합니다." 예를 들어, 동료가 매일 식기 세척기를 켜고 좋아하는 머그잔을 깨끗이 비우고 아침 커피를 마실 준비를 하는 것을 보는 것입니다. 이에 대응하여 식기 세척기를 비우는 것으로 도움을 줄 수 있습니다. 상호 행동 교환입니다. 또 다른 핵심 요소는 개인이 어떻게 상호 연결되어 있는지, 본질적으로 네트워크의 구조입니다. 이러한 구조를 테스트하기 위해 Chatterjee 그룹의 과학자들은 공간 게임을 사용합니다.

협력 테트리스

공간 게임에서 개인은 그리드에 배치되어 공간적 관계에 따라 상호 작용합니다. 그들은 협력하거나 협력하지 않습니다. 게임을 하는 동안 개인은 이웃이 잘하는 것을 볼 수 있습니다. 그런 다음 그들은 그들의 전략을 채택합니다. 이러한 상호 연결은 협력의 확산에 영향을 미칩니다. 네트워크(클러스터)가 형성되어 전체 시스템의 더 광범위한 역학에 영향을 미칩니다. 이는 게임보이에서 테트리스를 하는 것과 매우 유사합니다. 단일 블록이 주변 환경에 영향을 미치고 후속 블록의 배치를 결정하여 궁극적으로 전체 시스템을 하나로 모을 수 있습니다.

"이런 상호 연결 구조는 협력률을 약간 증가시키는 것으로 알려져 있습니다." 스보보다가 말을 이었습니다. "저희의 새로운 연구에서는 잠재적으로 최적의 시나리오를 살펴보았습니다." 과학자들은 자연적 진화에서 영감을 얻었습니다. 자연적 진화에서는 구조적 변화의 끊임없는 선택이 전체 개체군의 역동성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 다윈의 핀치는 그러한 변화가 어떻게 나타날 수 있는지 보여줍니다. 그들은 갈라파고스 섬에서 구할 수 있는 다양한 식량 공급에 적응한 다양한 부리 모양을 진화시켰습니다.

"우리는 공간 게임에서 구조의 역할이 비슷하게 강력할 수 있기를 바랐습니다." 스보보다가 말했습니다. 과학자들은 새로운 프레임워크를 통해 그러한 공간 게임에서 협력을 강화할 수 있는 구조를 발견했습니다. "우리의 구조는 놀라울 정도로 강력한 강화 속성을 보여줍니다. 우리가 본 것 중 최고입니다."라고 그는 덧붙였습니다. 구조는 별의 줄처럼 보이고 많은 이웃이 있는 지역이 몇 개의 이웃만 있는 곳 옆에 있어야 합니다.

이 새로운 모델과 네트워크 구조가 사회에 어떻게 적용될 수 있을지는 아직 알 수 없습니다. 앞으로 몇 달 동안 Svoboda와 Chatterjee 그룹의 과학자들은 다른 게임과 다른 설정에 대한 결과를 일반화하는 작업을 진행할 것입니다. 그러나 공간 게임에 대한 광범위한 응용 프로그램으로 인해 제안된 새로운 구조는 생물학에도 적용될 수 있습니다. 예를 들어, 생물학자는 새로운 구조를 사용하여 연구 또는 생명공학이나 제약과 같은 산업에서 미생물을 배양하는 데 사용되는 제어된 환경이 있는 장치인 소위 "생물 반응기"에서 진화를 가속화할 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241206111938.htm