Sind Ameisen intelligenter, wenn sie in Gruppen arbeiten? Menschliche Teams hinken manchmal hinterher!

【**Zusammenfassung:** Kürzlich hat eine neue Studie in den Proceedings of the National Academy of Sciences unser Verständnis von kollektiver Intelligenz auf den Kopf gestellt: Wissenschaftler haben proportional skalierte geometrische Puzzles entwickelt, um erstmals faire Vergleiche zwischen Arten zu erreichen. Die Studie ergab, dass Ameisenkolonien durch einfache individuelle Interaktionen ein „kollektives Gedächtnis“ entwickeln, und je größer der Maßstab, desto höher die Effizienz; Wenn die Kommunikation zwischen Menschen jedoch eingeschränkt ist, ist die Teamleistung schlechter als die Einzelleistung – der Vorteil komplexer Erkenntnisse wird durch das Streben nach Konsens geschwächt. Diese Studie zeigt, dass kollektive Intelligenz nicht einfach auf der Addition individueller Fähigkeiten beruht. Einfache Kollaborationsmodelle können menschliche Strategien übertreffen, die bei bestimmten Aufgaben auf komplexer Kommunikation beruhen, und bieten so eine neue Perspektive für das Verständnis der Mechanismen kollektiver Intelligenz. 】

Wenn es um Teamarbeit geht, gehen wir oft davon aus, dass „gemeinsam alle stark sind“. Doch eine neue Studie, die in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht wurde, kommt zu einem interessanten Ergebnis: Zumindest wenn es um die Lösung komplexer geometrischer Rätsel geht, ist dies möglicherweise nicht der Fall. Die Studie ergab, dass Ameisen in manchen Fällen sogar leistungsfähiger sind als Menschen, was uns zu der Frage veranlasst: Handelt es sich bei kollektiver Intelligenz wirklich nur um die einfache Addition einzelner Zahlen?

Wissenschaftler am Weizmann Institute of Science haben ein ausgeklügeltes Experiment entwickelt, bei dem Ameisen und Menschen an die gleiche Startlinie gestellt wurden, um dasselbe „ Klavierbewegungsrätsel “ zu lösen. Der Kern des Problems besteht darin, ein seltsam geformtes „T“-Objekt geschickt durch eine Reihe enger Gänge und Räume zu manövrieren.

Um einen fairen Vergleich zwischen den Arten und Maßstäben zu erreichen, haben die Forscher sorgfältig fünf „bewegliche Klavierpuzzles“ in unterschiedlichen Größen entworfen und hergestellt. Die Puzzles haben die gleiche Geometrie, sind nur in der Größe skaliert. Das kleinste Puzzle, die „Mini Edition“, ist maßgeschneidert für eine einzelne Ameise, mit engen Passagen und einer geringen Belastung, und testet die Fähigkeiten einzelner Ameisen zum eigenständigen Lösen von Rätseln. Die „kleine Ameisenversion“ ist leicht vergrößert und dient dazu, die Zusammenarbeit kleiner Ameisenteams zu testen. Die „Large Ant Edition“ wurde weiter erweitert, um die Szene echter Ameisenkolonien beim Transport von Nahrung zu simulieren und so die kollektive Weisheit großer Ameisenteams herauszufordern.

Gleichzeitig erstellten die Forscher drei größere Menschenpuzzles, die der menschlichen Körpergröße entsprachen. Die „Small Human Edition“ behält weiterhin eine für Einzelspieler bedienbare Größe bei, sodass ein einzelner Mensch die Herausforderung des Puzzles erleben kann. Die „Version für einen mittelgroßen Menschen“ und die „Version für einen großen Menschen“ sind erheblich vergrößert und erfordern zur Ausführung die Zusammenarbeit mehrerer Personen. Sie simulieren die Aufgabe des Tragens schwerer Gegenstände in einer Gruppe in realen menschlichen Szenarien.

Noch raffinierter ist, dass die Forscher beim Entwurf von Puzzles und T-förmigen Objekten unterschiedlicher Größe diese nicht einfach proportional vergrößerten oder verkleinerten, sondern geschickt das relative Verhältnis von „Ameisenkörpergröße und Nutzlastgröße“ beibehielten. Dies bedeutet, dass sowohl Ameisen als auch Menschen Rätsel mit Lasten lösen, die im Verhältnis zu ihrer Körpergröße ähnlich anspruchsvoll sind. Dieses sorgfältige „relative Maßstab“-Design stellt sicher, dass Rätsellöser verschiedener Arten und Größen im Wesentlichen vor den gleichen geometrischen Herausforderungen mit vergleichbarem Schwierigkeitsgrad stehen. Dadurch wird ein wirklich fairer Vergleich auf der „gleichen Startlinie“ erreicht, der es uns ermöglicht, die kognitiven Strategien und Kooperationsmuster von Ameisen und Menschen beim Lösen geometrischer Rätsel wissenschaftlicher zu analysieren und zu vergleichen.

Wie schlagen sich also Ameisenteams und Menschenteams unterschiedlicher Größe bei diesen sorgfältig entworfenen geometrischen Puzzles? Um die Fähigkeiten verschiedener „Rätsellöser“ – seien es einzelne Ameisen, Ameisenkolonien, Einzelpersonen oder menschliche Teams – beim Lösen von Rätseln zu quantifizieren und zu vergleichen, haben die Forscher ein wissenschaftliches Bewertungssystem entwickelt, mit dem sich wichtige Indikatoren wie die Zeit, die jeder Löser zum Erledigen der Aufgabe benötigt, der zurückgelegte Weg, die Anzahl der Fehler, die er bei seinen Versuchen macht, usw. genau messen lässt. Im nächsten Teil enthüllen wir das Endergebnis dieses arten- und maßstabsübergreifenden „Rätsellösungswettbewerbs“, um zu sehen, wer der wahre „Meister der Geometrierätsel“ ist!

Abbildung 1. Beispiele für das Klavier-Bewegungspuzzle, A (links): einzelne Ameise, rechts: Ameisenkolonie; B (links): Einzelperson, rechts: Menschengruppe

Ameisen: In der Menge liegt Stärke und die Wirkung ist erstaunlich!

Für Ameisen gilt: „Gemeinsam ist man stark“ und je größer die Zahl, desto besser die Wirkung! Eine einzelne Ameise ist einem Rätsel gegenüber nahezu hilflos. Wenn jedoch eine Gruppe von Ameisen zusammenarbeitet, verbessert sich ihre Effizienz erheblich. Noch erstaunlicher ist, dass große Ameisenteams das Rätsel nicht nur lösen können, sondern dies auch schneller und effizienter tun als kleinere Teams.

Warum sind große Ameisenteams so effizient? Der Schlüssel liegt im Phänomen des „kollektiven Gedächtnisses“, das sie aufweisen. Einzelne Ameisen sind nicht in der Lage, komplexe geometrische Strukturen zu verstehen, aber wenn sich viele Ameisen zusammenfinden, erzeugt ihr kollektives Handeln einen Effekt, der dem „Gedächtnis“ ähnelt. Große Ameisenkolonien scheinen ein „Superindividuum“ mit Gedächtnis zu bilden, als ob sie über eine gewisse „Autonomie“ verfügen. Wenn sie auf eine Wand stoßen, „gleiten“ sie an der Wand entlang, genau wie Menschen, die die „Rechte-Hand-Regel“ anwenden, um den Ausgang eines Labyrinths zu erkunden. Gleichzeitig verlassen sie die Wand von Zeit zu Zeit zufällig und berühren sie an anderen Stellen erneut. Dadurch können sie die Schleifensituation vermeiden, die bei der Rechte-Hand-Regel auftreten kann.

Um diesen Befund zu überprüfen, erstellten die Forscher auch ein theoretisches Modell. Das Modell zeigt, dass dieses Gruppenverhalten nicht darauf zurückzuführen ist, dass eine bestimmte Ameise besonders schlau ist, sondern das Ergebnis der kombinierten Wirkung einfacher Interaktionsregeln innerhalb der Gruppe ist. Jede Ameise befolgt lediglich einige einfache Regeln und reagiert auf ihre Umgebung. Aber wenn diese kleinen lokalen Bewegungen zusammenkommen, bilden sie eine mächtige Gesamtfähigkeit, die der „Erkenntnis“ ähnelt.

Menschen: Nach der Bildung einer Gruppe erfüllen sie manchmal nicht die Erwartungen ? **

Wenn wir die menschliche Leistung betrachten, ist die Situation viel komplizierter. Einzelne Menschen sind im Allgemeinen ziemlich gut darin, Rätsel zu lösen, und kommen oft sehr effizient zu Lösungen. Aber wenn Menschen Teams bilden, wird es interessant.

Anders als Ameisen werden menschliche Teams nicht effektiver, wenn ihre Zahl zunimmt. In einigen Fällen ist das Gegenteil der Fall. Menschliche Teams, deren Kommunikation eingeschränkt ist, erbringen schlechtere Leistungen als Einzelpersonen allein.

Warum ist das so? Forscher haben herausgefunden, dass Menschen, wenn sie frei kommunizieren können, viel Zeit mit der Diskussion und Aushandlung von Strategien verbringen. Kommunikation trägt sicherlich dazu bei, bessere Entscheidungen zu treffen, sie kann jedoch auch die Dinge verlangsamen und die Effizienz verringern. Schlimmer noch: Wenn die Kommunikation eingeschränkt ist (die Teilnehmer dürfen nicht sprechen, gestikulieren oder Blickkontakt herstellen), greifen menschliche Teams auf einfachere, direktere Strategien zurück. Sie neigen dazu, die naheliegendste und direkteste Lösung zu wählen, also die, über die sich am leichtesten ein Konsens erzielen lässt, anstatt bessere, aber weniger direkte Lösungen zu erkunden.

Erinnert Sie diese „gierige“ Strategie an Ameisen? Interessant ist jedoch, dass die „Gier“ der Ameisen nicht einfach auf Kurzsichtigkeit beruht, sondern auf einer raffinierten Strategie, die durch die Zusammenarbeit der Gruppe entsteht. Diese Strategie ermöglicht es ihnen, ihre Umgebung effizient zu erkunden, auch wenn einzelne Ameisen das Gesamtbild nicht verstehen. Für Menschen, die eigentlich besser im strategischen Denken sein sollten, schränkt diese unüberlegte „Gier“ jedoch tatsächlich die Nutzung ihrer kognitiven Vorteile ein und wird letztlich zu einem Nachteil. Da Menschen von Natur aus in der Lage sind, das große Ganze eines Puzzles zu verstehen, hindert eine eingeschränkte Kommunikation sie daran, ihre kognitiven Fähigkeiten voll auszuschöpfen. Daher können sie sich nur damit begnügen, die Option zu wählen, bei der „am einfachsten ein Konsens erreicht werden kann“, und nicht die Option, die sie persönlich für die beste halten.

Interessanterweise unterscheidet sich die einfache und direkte Strategie der menschlichen Bevölkerung grundlegend von der scheinbar „einfacher“ Lebewesen wie Ameisen. Obwohl die Gruppenzusammenarbeit von Ameisen auch auf einfachen individuellen Verhaltensweisen beruht, kann sie eine ausgeklügelte Strategie hervorbringen. Auch wenn eine einzelne Ameise nicht über ein globales Sehvermögen verfügt, kann die gesamte Ameisenkolonie eine komplexe Umgebung effizient erkunden.

Für Menschen mit komplexen kognitiven Fähigkeiten bedeutet die bloße Verfolgung der Strategie des „einfachsten Konsenses“ bei eingeschränkter Kommunikation jedoch eine eingeschränkte Realisierung ihrer eigenen Vorteile. Da der Mensch von Natur aus die Fähigkeit besitzt, das Gesamtbild eines Puzzles zu verstehen, hindert ihn eine eingeschränkte Kommunikation tatsächlich daran, tiefer zu denken und seine Strategie zu optimieren. Dies führt dazu, dass sich das Team letztendlich oft für die Lösung entscheidet, bei der „für alle am einfachsten ein Konsens erzielt werden kann“, und nicht für die „beste Lösung, die sich jeder Einzelne nach ausreichender Kommunikation und Überlegung persönlich ausdenkt“. Wenn die Kommunikation eingeschränkt ist, nimmt letztendlich die Effizienz der Gruppenlösung von Rätseln tatsächlich ab.

Abbildung 2: Vergleich der Effizienz beim Lösen von Rätseln zwischen Ameisen und Menschen. (A) Vergleich der Pfadlängen: Die horizontale Achse stellt die standardisierte Pfadlänge dar, die beim Lösen des Rätsels zurückgelegt wurde, und die vertikale Achse stellt den Anteil der erfolgreichen Versuche zum Lösen des Rätsels dar. Je weiter oben links die Kurve liegt, desto höher ist der Wirkungsgrad. Es lässt sich erkennen, dass der Mensch am effizientesten ist, es gibt jedoch einige Überschneidungen mit großen Ameisenkolonien. Kleine Ameisenkolonien und einzelne Ameisen sind weniger effizient. (B) Vergleich der Anzahl der Zustandsübergänge: Die horizontale Achse stellt die Anzahl der während des Rätsellösungsprozesses versuchten Zustandsübergänge dar, und die vertikale Achse hat dieselbe Bedeutung wie Abbildung A. Gruppen von Menschen mit eingeschränkter Kommunikation waren am wenigsten effizient, während Gruppen von Menschen, denen freie Kommunikation gestattet war, etwas besser abschnitten als einzelne Menschen, die Verbesserung war jedoch nicht signifikant. Die Daten in der Abbildung stammen aus Experimenten und Modellsimulationen.

Einfache Zusammenarbeit vs. komplexe Erkenntnis: der evolutionäre Weg der Strategie

Bei „einfachen Gemütern“ wie Ameisen kann eine Vergrößerung der Kolonie ihre „kognitiven Fähigkeiten“ tatsächlich deutlich steigern. Doch genauer gesagt ist es ihr „einfaches Kollaborationsmodell“, das sich als Vorteil erwiesen hat. Obwohl einzelne Ameisen einfach sind, können sie, wenn sie auf eine bestimmte Art organisiert sind, effizient zusammenarbeiten und unerwartete Strategien entwickeln, um sich an die Umgebung anzupassen. Obwohl diese Strategie auf einfachen Regeln basiert, geht ihre Wirkung bei der Lösung spezifischer Probleme weit über die einfache Addition der Fähigkeiten einzelner Ameisen hinaus und ist sogar ausgefeilter als manche menschliche Strategie.

Menschen hingegen, die über ein „komplexes Gehirn“ verfügen, verfügen über eine ausgeprägte individuelle Intelligenz. Wenn jedoch Teamarbeit erforderlich ist, kann „komplexe Wahrnehmung“ zur Belastung werden. Um eine effiziente Zusammenarbeit in der Gruppe zu erreichen, müssen sich Menschen auf komplexe Kommunikations- und Koordinationsmechanismen verlassen. Wenn die Kommunikation eingeschränkt ist, vereinfachen menschliche Teams möglicherweise ihre Strategien und neigen dazu, die direktesten und offensichtlichsten Optionen zu wählen, um schnell einen Konsens zu erzielen, selbst wenn die Mitglieder des menschlichen Teams der Meinung sind, dass diese Optionen nicht optimal sind. Obwohl diese „Vereinfachungsstrategie“ die Kommunikationskosten senkt, schränkt sie auch die volle Ausnutzung der kognitiven Vorteile des Menschen ein, was dazu führt, dass die Gruppenleistung noch schlechter ist als die des Einzelnen.

Daher ist für Aufgaben wie die effiziente Suche in komplexen Umgebungen das auf einfachen Regeln und sich herausbildenden, hochentwickelten Strategien basierende Modell der „einfachen Zusammenarbeit“ der Ameisen möglicherweise besser geeignet als die von Menschen gewählte „vereinfachte Strategie“, um bei eingeschränkter Kommunikation einen Konsens zu erzielen.

Zukünftige Richtungen

Die Forscher glauben, dass diese Studie erst der Anfang ist. Sie planen, ihre Forschungen zum empfindlichen Gleichgewicht zwischen individueller Komplexität und Gruppenkooperation fortzusetzen. Zukünftige Forschungen könnten die Fähigkeiten weiterer Arten zur Problemlösung in Gruppen untersuchen oder sogar versuchen, effizientere kollaborative Roboterteams zu entwickeln.

Alles in allem bietet uns diese Forschung eine neue Perspektive zur Untersuchung unseres inhärenten Verständnisses kollektiver Intelligenz. Es erinnert uns daran, dass die Stärke einer Gruppe nicht immer in der Anzahl liegt, wenn es um die Fähigkeit zur Problemlösung in der Gruppe geht. Darüber hinaus können die unerwartet cleversten Lösungen in scheinbar einfachen Gruppen stecken – beispielsweise in einer Gruppe fleißiger Ameisen, die Dinge tragen.

Dieser Artikel ist eine Arbeit, die vom Science Popularization China-Creation Cultivation Program unterstützt wird

Autor | Wu Tianyi

Rezension | Zhang Jiang (Professor, Fakultät für Systemwissenschaften, Beijing Normal University)

Produziert von | Abteilung für Wissenschaftspopularisierung der Chinesischen Vereinigung für Wissenschaft und Technologie

Produzent | China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.