Aider votre voisin ou vous occuper de votre propre entreprise? Un choix difficile avec différents avantages pour chaque décision. La théorie des jeux fournit des conseils pour faire de tels choix – d'une perspective théorique.
De nouvelles découvertes de Jakub Svoboda et Krishnendu Chatterjee à l'Institut des sciences et de la technologie Autriche (ISTA) révèlent de nouvelles structures de réseau qui améliorent la coopération dans tout un système. Ces idées ont également des applications potentielles en biologie.
La question de la coopération a perplexe les scientifiques depuis longtemps. Que ce soit dans les domaines de la biologie, de la sociologie, de l'économie ou des sciences politiques, la découverte dans laquelle un groupe d'individus peut réussir est crucial. La théorie des jeux donne des réponses à cet égard – du moins d'un point de vue mathématique – en analysant l'interaction des individus au sein d'un groupe.
Le groupe Chatterjee chez ISTA utilise la théorie des jeux pour répondre aux questions centrales en informatique. Leur dernier cadre, publié dans Actes de l'Académie nationale des sciencesDocute désormais comment certaines structures des individus voisines peuvent stimuler la coopération dans tout un système.
Le dilemme du prisonnier
La théorie des jeux a été présentée pour la première fois dans « The Theory of Games and Economic Behavior », publiée en 1944 par des mathématiciens et économistes Oskar Morgenstern et John von Neumann. Peu de temps après, le dilemme du prisonnier s'est transformé en sujet central de la théorie des jeux.
« C'est un » jeu « simple qui décrit les options que nous avons dans de nombreux scénarios du monde réel », explique Jakub Svoboda, Ph.D. Étudiant et premier auteur de l'étude.
Le concept mathématique original implique deux prisonniers qui ont la possibilité de se trahir ou de coopérer. S'ils coopèrent tous les deux, ils partagent une récompense importante. Lorsque l'un coopère et l'autre joueur trahit, seul le transfuge en tire le bénéfice.
De plus, l'avantage individuel serait supérieur à sa part si les deux coopéraient. Lorsque les deux joueurs se trahissent, ils ne reçoivent aucun avantage. Le même calcul s'applique non seulement à ce scénario mais aussi à une course aux armements entre les pays, la vie des bactéries ou même les situations quotidiennes comme décider qui devrait décharger le lave-vaisselle dans une cuisine de bureau partagée.
D'après le cadre d'origine, il semble que la trahison soit la plus bénéfique pour les individus. Pourtant, la coopération est toujours observée dans des situations réelles. Comment ça se fait?
« Divers mécanismes peuvent favoriser la coopération », explique Svoboda. « L'un d'eux est la réciprocité, ce qui suggère que grâce à certaines actions répétées, nous pourrions établir la confiance et coopérer ensuite. »
Un exemple est de voir votre collègue commencer le lave-vaisselle tous les jours, laissant votre tasse préférée propre et prête pour votre café du matin. En réponse, vous pourriez commencer à aider en déchargeant le lave-vaisselle – un échange mutuel d'actions. Un autre facteur clé est la façon dont les individus sont interconnectés, essentiellement la structure du réseau. Pour tester ces structures, les scientifiques du groupe Chatterjee utilisent des jeux spatiaux.
Coopération tetris
Dans les jeux spatiaux, les individus sont placés sur une grille, interagissant en fonction de leurs relations spatiales. Ils coopèrent ou non. En jouant à un jeu, les individus pourraient voir les voisins se débrouiller bien. Par la suite, ils adoptent leur stratégie. Cette interconnexion influence la propagation de la coopération.
Les réseaux (grappes) sont formés, affectant la dynamique plus large de l'ensemble du système. Ceci est très similaire à jouer à Tetris sur un Game Boy, où un seul bloc peut affecter son environnement et déterminer le placement des ultérieurs, réunissant finalement l'ensemble du système.
« Il est connu que les structures d'interconnexion comme celles-ci augmentent légèrement le taux de coopération », poursuit Svoboda. « Dans notre nouvelle étude, nous avons examiné le scénario optimal potentiel. »
Les scientifiques se sont inspirés de l'évolution naturelle, où la sélection constante de changements structurels peut influencer considérablement la dynamique d'une population entière. Par exemple, les pinsons de Darwin illustrent comment ces changements peuvent se manifester: ils ont évolué différentes formes de bec adaptées à diverses fournitures alimentaires disponibles sur l'île Galápagos.
« Nous espérions que le rôle de la structure dans les jeux spatiaux pourrait être tout aussi fort », explique Svoboda. Avec leur nouveau cadre, les scientifiques ont découvert des structures qui pourraient stimuler la coopération dans de tels jeux spatiaux.
« Nos structures montrent une propriété boostant étonnamment forte, la meilleure que nous ayons jamais vue », ajoute-t-il. Les structures ressemblent à une série d'étoiles et nécessitent des zones avec de nombreux voisins à côté des endroits avec seulement quelques voisins.
La façon dont ce nouveau modèle et ces structures de réseau peuvent être appliqués à la société sont encore à voir. Au cours des prochains mois, Svoboda et les scientifiques du groupe Chatterjee travailleront à la généralisation de leurs résultats à d'autres jeux et à différents paramètres.
En raison des grandes applications pour les jeux spatiaux, les nouvelles structures proposées pourraient cependant trouver leur chemin dans la biologie. Par exemple, les biologistes peuvent utiliser les nouvelles structures pour accélérer l'évolution dans les soi-disant «bioréacteurs», des appareils avec un environnement contrôlé, utilisés pour cultiver des micro-organismes pour la recherche ou dans l'industrie comme la biotechnologie ou les produits pharmaceutiques.
