Новият поглед на физик към "дилемата на затворника" открива надежда за сътрудничество

"Дилемата на затворника" е една от най-известните идеи в теорията на игрите. Тя дори се появи в наградения с "Оскар" филм "Красив ум" , който разказва историята на математика Джон Наш.

В продължение на десетилетия тази игра се използва, за да се обясни защо егоизмът често побеждава сътрудничеството.

В дилемата на затворника двама играчи могат или да си сътрудничат, или да мамят. Измамата изглежда, че се отплаща повече, така че и двамата играчи в крайна сметка мамят и губят, въпреки че съвместната работа би им донесла най-голямата награда.

Учените отдавна използват тази идея, за да разберат всичко - от споделянето на ресурси от микроби до преговорите за мир между човешките общества. Изводът е, че в еволюционната надпревара печелят измамниците.

Ново проучване, ръководено от физика от университета Рутгерс Александър Морозов (Alexandre Morozov), обръща това предположение с главата надолу. Неговото изследване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences, показва, че сътрудничеството може да възникне естествено, без специални правила или генетични връзки. 
След като елементите на паметта и разпознаването на опонента (способността да се прави разлика за някой, който се е държал честно в миналото) се добавят към уравнението, сътрудничеството се превръща в доминираща, естествена стратегия според новото проучване.

"Дилемата на затворника ни казва от 75 години, че измамниците винаги вземат властта в дългосрочен план", коментира Морозов, професор в катедрата по физика и астрономия в "Рутгерс". "Крайната точка на всяко общество, основано на това, е пълен разпад. Но това изобщо не е така. Дори в много прост сценарий измамниците не винаги печелят. Всъщност е по-лесно да се развие сътрудничество."

Морозов и неговият колега Александър Файгел (Alexander Feigel) от Еврейския университет в Йерусалим откриват, че ключът към сътрудничеството е да следиш опонентите си. Ако участниците в системата са способни да се идентифицират взаимно и да вземат предвид миналия опит, обществото не изпада в хаос, а по-скоро еволюира към споделено оцеляване и повишена обща ефективност.

"Всичко, което трябва да направите, е да си спомните с кого сте взаимодействали и да реагирате по същия начин", посочва Морозов, който е и директор на Центъра за количествена биология "Рутгерс" . "Това е достатъчно, за да се появи сътрудничеството от само себе си в много сценарии. Това е, което физиците наричат ​​​​емергентно свойство."

Това откритие е поразително, защото предишните теории изискваха допълнителни условия, като например подпомагане на роднини или придържане към групата. Моделът на Морозов работи без тези предположения. Той предполага, че дори при прости организми като микроби или насекоми, сътрудничеството може да се развие, ако тези организми са способни да се различават, може би чрез химични сигнали или физически характеристики.

Теорията на игрите е в основата на това изследване. Играта, в математически смисъл, е ситуация, в която играчите вземат рационални решения съгласно определени правила, за да получат някакъв вид печалба. Теорията на игрите е дял от математиката, който изучава тези взаимодействия и помага да се обясни защо в природата и обществото се появяват стратегии като сътрудничество или измама.

Сътрудничеството е основата на сложния живот, каза Морозов. Без него клетките не биха образували тъкани и обществата не биха съществували. И все пак дарвинистката еволюция изглежда благоприятства егоизма. Работата на Морозов предлага нов начин за разбиране как животът е преодолял това препятствие.

"Еволюцията обича да оформя нещата за дълги периоди от време, ако има някакъв материал, с който да работи", разказва Морозов. "Ако сътрудничеството винаги отмира, няма какво да еволюира. Но ако има шанс, еволюцията ще го усъвършенства и ще го направи по-стабилно."

Последиците от това са отвъд биологията. Морозов каза, че неговият модел показва периоди на стабилност, прекъсвани от катаклизми, модели, които може да звучат познато в човешката история.

"Измамниците не винаги печелят", заявява той. "Сътрудничеството може да продължи и то се запазва в много системи, които учените изследват, като например многоклетъчните организми, в които отделните клетки трябва да си сътрудничат, за да оцелеят."

Морозов започва кариерата си като физик, фокусирайки се върху сгъването на протеини и статистическата механика, която се занимава с прогнозиране на поведението на сложни системи. По-късно той осъзнава, че същите тези математически инструменти биха могли да помогнат да се обясни как еволюират живите същества. В продължение на години той изследва еволюционната динамика, изграждайки модели, които показват как се разпространяват черти в популациите под въздействието на еволюционни сили като мутации и естествен подбор.

Този опит, разказва Морозов, му е дал основата за последната му работа. Когато се сблъсква с теорията на игрите по време на творчески отпуск в Еврейския университет, той вижда връзка. Същите методи, които е използвал за изучаване на молекули и гени, осъзнава той, биха могли да разкрият и защо понякога в дилемата на затворника побеждава сътрудничеството, а не егоизмът.

Екипът използва математически модели и компютърни симулации, включително популации от невронни мрежи, играещи повтарящи се игри. Невронната мрежа е компютърна система, моделирана по човешкия мозък, която учи на модели и прави прогнози, като обработва информация чрез слоеве от взаимосвързани възли.

Учените също така са стигнали до нов теоретичен резултат, обобщение на класически еволюционен принцип, наречен фундаментална теорема на Фишер за естествения подбор.

Морозов заявява, че се надява работата да даде тласък на нови изследвания за това как се развива сътрудничеството в природата и може би дори да вдъхнови свежи размисли за сътрудничеството в човешките общества.

Справка: Emergence of cooperation due to opponent-specific responses in Prisoner’s Dilemma
Alexandre V. Morozov and Alexander Feigel; PNAS 2026; 123 (21) 2513282123; https://doi.org/10.1073/pnas.2513282123 

Източник: A physicist’s fresh look at the ‘prisoner’s dilemma’ reveals hope for cooperation, Rutgers University

Още по темата

26/09/2022

Земята

Красивата теория на игрите - използване на математиката за разрешаване на конфликти между хората

11/02/2016

Животът

Геометрия на егоистичното стадо или как животните се подреждат едно до друго

27/02/2015

Животът

Учени са определили кои неврони предсказват поведението на другия. Маймуни пред "дилемата на затворника".

22/06/2015

Математика

Теория на игрите