image: A social dilemma with a variable resource: If the lumberjacks work together to plant as well as fell trees, the natural resource remains valuable. If they are selfish, and log without replanting, the forest is ruined, earning them less or no money. Only a great deal of cooperative effort can get the forest back to its original, valuable state. view more
Credit: IST Austria/Birgit Rieger
Ein soziales Dilemma entsteht dann, wenn unsere Wünsche als Individuen im Widerspruch zu dem stehen, was für die Gemeinschaft am besten wäre. Wie kann man diese Dilemmata überwinden und Menschen zur Zusammenarbeit ermutigen? In einer heute veröffentlichten Arbeit in Nature haben Christian Hilbe und Krishnendu Chatterjee vom Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) gemeinsam mit Martin Nowak von der Harvard Universität und Stepan Simsa von der Karls-Universität Prag gezeigt, dass Kooperation siegen kann. Voraussetzung dafür ist, dass sich das soziale Dilemma selbst mit der Zeit ändern kann, abhängig vom vergangenen Kooperationsverhalten der Betroffenen. Dieser Befund war das Ergebnis eines neuen, von ihnen eingeführten Modells. Dieses erweitert die gesamte Theorie der sogenannten wiederholten Spiele" und zeigt, was die idealen Voraussetzungen für die Förderung der Zusammenarbeit sind. Die Forscher haben somit Werkzeuge zur Verfügung gestellt mit denen man Kooperation systematisch aufbauen kann.
Die sogenannte Tragödie des Allgemeinguts gilt oft als klassisches Beispiel für ein Trittbrettfahrer-Problem: Wenn wir ein öffentliches Gut nutzen können ohne von den negative Konsequenzen betroffen zu sein, dann werden wir es tun ohne auf andere oder auf die Zukunft Rücksicht zu nehmen. Beispiele dafür sind Klimawandel und die Waldzerstörung bis hin zum Stapel schmutzigen Geschirrs in der Büroküche. In der Spieltheorie verwenden Wissenschaftler sogenannte wiederholte Spiele, also wiederholte Interaktionen bei denen Individuen jedes Mal dem gleichen sozialen Dilemma ausgesetzt sind. So lässt sich untersuchen, unter welchen Bedingungen Individuen sich für Kooperation entscheiden und was ihre Strategien sind. Allerdings wurde der Wert der öffentlichen Ressource in diesen Spielen bisher immer konstant gehalten, egal welche Aktionen die Spieler in der vorherigen Runde gesetzt haben. Das spiegelt die Realität jedoch nicht wider. In ihrem neuen Modell betrachten Hilbe, Simsa, Chatterjee und Nowak daher wiederholte Spiele, bei denen das Kooperationsverhalten nicht nur die aktuellen Profite der Spieler beeinflusst, sondern auch das Spiel vor dem sie in der nächsten Runde stehen.
"Wiederholte Spiele werden seit über 40 Jahren intensiv untersucht, und bedeutende neue Entwicklungen sind selten - besonders so einfache", sagt Martin Nowak. "Diese Ergänzung erweitert die gesamte Theorie der wiederholten Spiele, denn wenn Individuen in jeder Runde demselben Dilemma gegenüberstehen ist das ein Spezialfall unseres neuen Modells."Als sie das neue Modell testeten, stellten die Wissenschaftler fest, dass Kooperation leichter entsteht, wenn es einen Rückkopplungseffekt zwischen dem menschlichen Verhalten und der zukünftigen Spielsituation gibt. "Unser Modell zeigt, welche Arten von Rückkopplung am ehesten zur Kooperation führen", sagt Erstautor Christian Hilbe. Dazu gehört beispielsweise, wie schnell sich der Zustand der Ressource verschlechtert oder wie leicht es ist, sie in einen wertvolleren Zustand zurückzuversetzen. "Mit diesem Wissen kann man Systeme entwickeln, die die Zusammenarbeit maximieren oder eine Umgebung schaffen, die Menschen zur Zusammenarbeit ermutigt", fügt er hinzu. Zum Beispiel könnten diese Konzepte auch von Unternehmen oder Firmen eingesetzt werden, um ein Arbeitsumfeld zu schaffen das Zusammenarbeit begünstigt.
Das neue Forschungsprojekt zeigt auch, wie Kooperationen zwischen verschiedenen Forschungsbereichen wertvolle Ergebnisse liefern können. "Die Zusammenarbeit mit Informatikern war für mich als Biologe äußerst lohnend", fügt Nowak hinzu. "Die Werkzeuge und Perspektiven, die sie mit sich bringen, hatten und haben einen entscheidenden Einfluss darauf, was wir erreichen können."
Im Nature Blog Beitrag der Autoren kann man mehr darüber erfahren, wie dieses spezielle Projekt zustande kam.
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Originalpublikation:
Christian Hilbe, et al: Evolution of cooperation in stochastic games", Nature, DOI: 10.1038/s41586-018-0277-x Über das IST Austria
Das Institute of Science and Technology (IST Austria) in Klosterneuburg ist ein Forschungsinstitut mit eigenem Promotionsrecht. Das 2009 eröffnete Institut widmet sich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, Mathematik und Computerwissenschaften. Das Institut beschäftigt ProfessorInnen nach einem Tenure-Track-Modell und Post-DoktorandInnen sowie PhD StudentInnen in einer internationalen Graduate School. Neben dem Bekenntnis zum Prinzip der Grundlagenforschung, die rein durch wissenschaftliche Neugier getrieben wird, hält das Institut die Rechte an allen resultierenden Entdeckungen und fördert deren Verwertung. Der erste Präsident ist Thomas Henzinger, ein renommierter Computerwissenschaftler und vormals Professor an der University of California in Berkeley, USA, und der EPFL in Lausanne, Schweiz. http://www.ist.ac.at
Journal
Nature