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Experimental and theoretical investigations of the emergence and sustenance of prosocial behavior in groups

Experimental and theoretical investigations of the emergence and sustenance of prosocial behavior in groups

von Katrin Fehl
Kumulative Dissertation
Datum der mündl. Prüfung:2011-07-11
Erschienen:2011-09-09
Betreuer:Prof. Dr. Dirk Semmann
Gutachter:Prof. Dr. Dirk Semmann
Gutachter:Prof. Dr. Margarete Boos
crossref-logoZum Verlinken/Zitieren: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-499

 

 

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Name:fehl.pdf
Size:809.Kb
Format:PDF
Description:Kumulative Dissertation
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Zusammenfassung

Englisch

The general goal of this thesis was to study conditions under which prosocial behavior is established and maintained. I approached these questions by applying predictions and assumptions of evolutionary game theory to human cooperation within experimental settings. Cooperative behavior is an evolutionary puzzle, because over time natural selection should favor cheating behavior. Nevertheless, cooperation is ubiquitous in nature. Cooperative behavior is costly and provides benefits to other individuals, whereas cheating ‐ or defection ‐ does not incur costs but offers benefits allocated by cooperative behavior of others. Thus, cooperation cannot be an evolutionary stable strategy without special mechanisms that can reduce the chance of exploitation. In this thesis, I examined (i) the effects of multiple interactions on reciprocal behavior, and (ii) the impact of social structure on dyadic relationships using the prisoner s dilemma paradigm. Additionally, (iii) I investigated the effect of punishment, which can trigger conflict escalation, in a public goods game. In Chapter 1, I investigated whether and in which way different numbers of social interaction partners affect cooperative behavior in the iterated prisoner s dilemma (IPD). In line with the concept of direct reciprocity, I found that participants in the traditional IPD with an unknown ending frequently cooperated. Overall, behavior most closely followed reactive strategies close to generous tit‐for‐tat. However, when participants interacted with multiple partners in three independent IPDs at a time average cooperativity decreased significantly. Further analyses showed that these participants had only one cooperative relationship similar to the relationship in the setting of a single IPD, but these participants could not establish cooperation in a second relationship (the cooperation level of the third relationship was located between these two). These results contradict the traditional assumption of evolutionary game theory of game independence as there seems to be an enhanced temptation to defect in some relationships, but not all, when interacting with three instead of only one social partner. Hence, theory needs to start modeling explicitly the impacts of different numbers of partners to account for behavioral differences within the relationships of a single individual. Studying cooperation within heterogeneous networks, where the number of partners varies, is a first attempt. Further, in Chapter 2 I addressed the impact of social structure on cooperation. Relationships were characterized by an underlying network structure. Most previous models have neglected relationship networks, whereas within the recent decade, theoretical research has started to include such structure. However, empirical evidence is lagging behind the development of theoretical insights. Here, I overcome such shortcomings by an experimental set‐up where participants interacted in multiple but independent IPDs either within a static or dynamic network. In the latter, participants were given the option to break their social links after each prisoner s dilemma round. In accordance with theoretical predictions, cooperation levels were higher in dynamic networks compared to static networks. Additionally, participants in dynamic networks changed their social environment by biased link breaking to defectors. Hence, an assortment on the network took place and cooperative clusters emerged. This assortment is remarkable, because it occurred on top of behavioral assortment through direct reciprocity and beyond the perception of participants, and represents a self‐organized pattern. In sum, these results highlight the importance of dynamic social networks, show that higher‐order structures emerge above the individual level, and that these eventually feed back on selection processes. In Chapter 3, I examined the impact of costly punishments on cooperative behavior where punishment acts can potentially escalate between participants. Groups of four played a public goods game which was followed by five rounds of punishment. Thus, whereas punishers are usually protected from retaliation this was not the case in this study. In the experiment, I found that sequences of costly punishment between participants, so‐called vendettas, frequently occurred especially when punishment was unjustified or rather ambiguous. This finding contradicts theory which shows that vendettas do not evolve, as they are too cost‐intense and reciprocated defection is the superior alternative strategy. Nevertheless, cooperation levels increased over time. This is presumably due to the fact that early punishment was mainly directed at defecting group members, which seemed to have increased their motivation to contribute into the public good. Moreover, some participants seemed to anticipate the outbreak of cost‐intense vendettas and delayed their punishment to the last possible moment. These results indicate that evolutionary models so far neglected an important aspect of real‐life interactions, as animals and humans frequently retaliate and as vendettas occur across human societies. So far one can only speculate that equity and reputational concerns are such central aspects. In conclusion, the present thesis successfully identified conditions under which cooperation between unrelated individuals can be established or when cooperation levels remain low. On the one hand, this thesis provides empirical support for recent models of dynamic networks, but on the other hand limitations of other models could be pointed out. In addition, the thesis contributed further knowledge to the understanding of costly punishment and direct reciprocity in humans.
Keywords: cooperation; evolutionary game theory; prisoner s dilemma; public goods game; reciprocity; self‐organization; dynamic network; punishment; vendetta

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Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Bedingungen, unter denen prosoziales Verhalten entsteht, zu untersuchen. Hierzu wurden Vorhersagen und Annahmen der evolutionären Spieltheorie auf menschliches Kooperationsverhalten angewendet. Kooperatives Verhalten wird als evolutionäres Rätsel betrachtet, da natürliche Selektion betrügerisches Verhalten im Laufe der Zeit eigentlich begünstigen sollte. Nichtsdestotrotz ist Kooperation überall in der Natur vorzufinden. Per Definition ist kooperatives Verhalten kostenverursachend für den Handelnden und bietet gleichzeitig Vorteile oder Gewinne für andere Personen. Betrug oder Defektion dagegen verursachen keine Kosten, aber die bereitgestellten Vorteile anderer können dennoch genutzt werden. Infolgedessen ist Kooperation ohne die Unterstützung von Mechanismen, die die Gefahr der Ausbeutung reduzieren, keine evolutionär stabile Strategie. In der vorliegenden Arbeit wurden nun folgende Aspekte untersucht: (i) reziprokes Verhalten in multiplen paarweisen Interaktionen und (ii) die Auswirkung von sozialen Strukturen auf dyadische Beziehungen im Gefangenendilemma; und (iii) die Verwendung von Bestrafung unter Berücksichtigung der Möglichkeit von Konflikteskalation im öffentlichen‐Güter‐Spiel. In Kapitel 1 wurde untersucht, ob und in welcher Weise sich unterschiedliche Anzahlen von Interaktionspartnern auf kooperatives Verhalten im wiederholten Gefangenendilemma (kurz IPD) auswirken. Gemäß den Annahmen der direkten Reziprozität zeigte sich, dass die Versuchspersonen im traditionellen IPD mit unbekanntem Endpunkt mehrheitlich kooperierten. Insgesamt entsprach das Verhalten reaktiven Strategien ähnlich zu großzügigem Tit‐For‐Tat . Wenn die Versuchspersonen mit mehreren Partnern in drei IPDs gleichzeitig interagierten, sankt die durchschnittliche Kooperativität allerdings signifikant ab. Weiterführende Analysen zeigten, dass diese Versuchspersonen nur eine kooperative Beziehung ähnlich der Beziehung aus dem ein‐Partner IPD etablieren konnten, dass aber keine Kooperation in einer zweiten Beziehung aufgebaut werden konnten (das Kooperationslevel der dritten Beziehung lag zwischen diesen beiden). Diese Resultate widersprechen der traditionellen Annahme der evolutionären Spieltheorie, die eine Unabhängigkeit von Spielen annimmt, da eine erhöhte Versuchung in einigen Beziehungen zu bestehen scheint, wenn man mit drei anstelle von nur einem Sozialpartner interagiert. All dies deutet daraufhin, dass Modelle explizit den Effekt von unterschiedlichen Anzahlen von Partnern mitaufnehmen sollten, um so dem differenzierenden Verhalten eines Individuums gerecht zu werden. Ein Anfang stellt hier die Erforschung von Kooperation in heterogenen Netzwerken dar. Die Auswirkung von sozialen Strukturen auf Kooperation wurde in Kapitel 2 betrachtet. Beziehungen können durch eine zugrundeliegende Netzwerkstruktur charakterisiert werden. Bisher wurde diese Gegebenheit in theoretischen Überlegungen zumeist ignoriert und erst kürzlich fanden Netzwerkstrukturen Berücksichtigung in Modellen. Empirische Erkenntnisse zu diesen Modellen gab es bisher kaum, so dass sich dieses Kapitel genau dieser Lücke widmete. Hier interagierten die Versuchspersonen in mehreren, unabhängigen IPDs entweder innerhalb eines statischen oder eines dynamischen Netzwerkes. In Letzterem hatten die Versuchspersonen die Möglichkeit ihre sozialen Verbindungen nach jeder Gefangenendilemma‐Runde zu verändern. In Übereinstimmung mit theoretischen Modellen war die Kooperation in den dynamischen Netzwerken höher als in den statischen. Darüber hinaus veränderten die Versuchspersonen der dynamischen Netzwerke ihr soziales Umfeld durch ein bevorzugtes Beenden von Beziehungen zu Defektoren. Hierdurch fand eine Sortierung innerhalb des Netzwerkes statt und es bildeten sich kooperative Cliquen. Diese Selbstorganisation ist bemerkenswert, weil sie zusätzlich zum Effekt der direkten Reziprozität auftrat und weil die Versuchspersonen die Cliquenbildung auf Netzwerkebene nicht wahrnehmen konnten. Zusammenfassend zeigen diese Resultate die hohe Bedeutung von dynamischen sozialen Netzwerken auf und belegen, dass Strukturen höherer Ordnung neben dem Verhalten auf Individuumsebene entstehen können, welche dann wiederum in Wechselwirkung zum Selektionsdruck stehen können. In Kapitel 3 wurde der Einfluss von kostenverursachender Bestrafung, die potentiell zwischen Versuchspersonen eskalieren kann, auf kooperatives Verhalten untersucht. Vierergruppen spielten das öffentliche‐Güter‐Spiel mit fünf aufeinanderfolgenden Bestrafungsrunden. In der Regel sind Bestrafer aufgrund des Experimentalaufbaus vor Vergeltung geschützt, hier war dies jedoch nicht der Fall. Tatsächlich entwickelten sich Sequenzen von kostenverursachender Bestrafung zwischen Versuchspersonen, sogenannte Vendetten. Sie traten besonders häufig auf, wenn die Bestrafung als ungerecht oder als beliebig eingestuft wurde. Diese Resultate stehen im Widerspruch zu theoretischen Modellen, in denen Vendetten nicht evolvieren, da sie zu kostenintensiv sind und Defektion die bessere Verhaltensalternative darstellt. Nichtsdestotrotz stieg die Kooperation im Laufe der Zeit an. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass die Bestrafung der ersten Runde noch auf defektierende Gruppenmitglieder gerichtet war, welches ihre Motivation in das öffentliche Gut einzuzahlen letztlich erhöhte. Ferner schienen einige Versuchspersonen sogar den möglichen Ausbruch von kostenintensiven Vendetten zu antizipierten und verzögerten ihre Bestrafung bis zum letztmöglichen Zeitpunkt. Diese Resultate zeigen auf, dass Modelle einen wichtigen Aspekt bisher vermissen lassen, da sowohl Tiere als auch Menschen häufig Vergeltung üben und sich gerade in menschlichen Gesellschaften Vendetten finden lassen. Spekulativ ist anzunehmen, dass Equity und Reputation gerade solche Aspekte dar stellen. Zusammenfassend konnten mit dieser Arbeit Bedingungen identifizieren werden, unter denen Kooperation zwischen nicht‐verwandten Personen entsteht und unter denen Kooperation niedrig ausfällt. Auf der einen Seite konnten neuere Modelle zu dynamischen sozialen Netzwerken empirisch untermauert werden ‐ auf der anderen Seite wurden Schwachpunkte in anderen Modellen ausgewiesen. Zusätzlich trug diese Arbeit weitere Erkenntnisse zum Verständnis der kostenverursachenden Bestrafung und der direkten Reziprozität beim Menschen bei.
Schlagwörter: Kooperation; evolutionäre Spieltheorie; Gefangenendilemma; öffentliche Güter-Spiel; Reziprozität; Selbstorganisation; Co-Evolution; dynamisches Netzwerk; Bestrafung; Vendetta
 

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