En del av det som gör terrorister så skrämmande är deras förkärlek för oförutsägbara, urskillningslöst våld. En dag kunde de attackera ett globalt finanscentrum. Och nästa kunde de köra på en cykelväg i kvarteret.

Ett team av Sandia-sociala beteendevetare och beräkningsmodellerare avslutade nyligen en tvåårig insats, kallad "Mustang, " för att bedöma interaktioner och beteenden hos två extremistgrupper. Syftet var att informera amerikanska och brittiska beslutsfattare om gruppernas möjliga reaktioner på specifik kommunikation. Modellen föreslog flera kommunikationsalternativ som med största sannolikhet skulle minska rekryteringen och våldet av de extremistiska grupper över tid.

"Extremistiska grupper är svåra att modellera. Vi kan inte ge dem undersökningar. Deras beteenden är målmedvetet dolda för oss. De försöker att inte låta oss veta hur deras organisationer är uppbyggda, sa Asmeret Naugle, en ledande modellerare för detta arbete.

Sandia-teamet, som inkluderar psykologer, sociologer, ekonomer och beräkningsmodellerare, integrerad information insamlad från experter med ekvationer baserade på ledande teorier om mänskligt beteende och mänskligt beslutsfattande för att skapa deras dynamiska orsak-och-verkan-modell. Sedan körde de många simuleringar för att se hur olika aktioner från USA och Storbritannien kan påverka rekryteringen och våldet av extremistgrupperna och en fraktion inom dem.

"Det är inte en kristallkula. Vi modellerar hur människor fattar beslut i många skalor. Vi använder väletablerade teorier för att hjälpa till att modellera individuella ledare, grupper, även hela länder beroende på vad frågan kräver, sa Mike Bernard, en beräkningspsykolog och huvudutredare för den övergripande insatsen.

Modell anpassad för att svara på specifika frågor

Innan laget börjar, de sätter sig ner med den sponsrande byrån för att bestämma de exakta frågorna de vill att modellen ska svara på. De reder ut allt från huvudfrågan och sekundärfrågorna, till gränserna för området av intresse och modellens tidsintervall, sa Bernard.

Forskningen är också granskad och godkänd av Sandias Human Studies Board.

Mustang-insatsen sponsrades av USA:s Counter Terrorism Technical Support Office och Storbritanniens Defense Science Technical Laboratory. Tillsammans definierade de modellens räckvidd och omfattning, men U.K.-laboratoriet hade också ett sekundärt mål. De skickade en samhällsvetare, Grace Williams, till Sandia för att lära sig hur teamet utvecklar sina dynamiska beteendemodeller, Från början till slut, samt modellens styrkor och begränsningar.

"Att arbeta med Mike och Sandia-teamet var en fantastisk upplevelse, " sa Williams. "Att kunna lära av ett multidisciplinärt team och bidra till en innovativ process var otroligt värdefullt. Inte bara uppnådde projektet sitt mål när det gäller att bestämma användbarheten av modellen för militären, men det förbättrade också min förståelse för värdet av att kombinera samhällsvetenskap med beräkningsmodeller för att ge en djupare förståelse av gruppbeteende."

Bernards team rådgör med experter med olika perspektiv och bakgrund. För Mustang, de intervjuade experter från den amerikanska underrättelsetjänsten, stats- och försvarsdepartementen och det brittiska försvarsministeriet.

Teamet har en formell, konsekvent sätt att samla in information från experter. Detta gör att de lättare kan jämföra och kontrastera experternas kunskap och identifiera motstridiga områden som kan kräva ytterligare analys eller information, sa Naugle.

Kognitionsbaserad modell för att bedöma orsak och verkan

Nästa, teamet hämtade kunskap från dessa olika experter, samt information från andra källor, att ta fram matematiska ekvationer som ingår i modelleringsramverket. Ramverket tar hänsyn till uppfattningar, motivationer, tidigare beteenden och till och med irrationalitet, sa Bernard. Den är baserad på väletablerade teorier inom samhällsvetenskaperna, inklusive psykologi, sociologi, beteendeekonomi och politisk teori, när det är vettigt, han lade till. Teamet har arbetat med det allmänna ramverket i cirka 10 år.

När väl interaktionerna mellan grupper och deras beslutsprocesser fångas i datormodellen, teamet bekräftar en visuell representation av modellen med experterna. Bernard sa, "I slutändan har du en mycket komplex väv av interaktioner. Om du har ett visuellt sätt att se på allt, sedan kan experterna undersöka det, kritisera det och ändra det."

Sedan kör teamet många simuleringar för att titta på potentiella amerikanska åtgärder och resultaten. "Eftersom vi modellerar psykologin och varför människor fattar beslut, vi kan gå tillbaka och förstå varför saker kan hända, " Naugle sa. "Det mest användbara vi kan ta reda på är:Finns det oförutsedda konsekvenser?"

För Mustang, de undersökte olika kommunikationsplaner. Kommunikation kan vara allt från public service-meddelanden och andra traditionella sändningar, till kampanjer i sociala medier, tal eller till och med mun till mun. I sista hand, teamet presenterade sina resultat för olika kommunikationsplaner som bäst minskar rekryteringen och våldet från extremistgruppen för beslutsfattare i USA och Storbritannien.

Williams hoppas att samarbetet mellan hennes labb och Sandia kommer att fortsätta i många år. Hon sa att hon tyckte att både modellutvecklingsprocessen och resultaten som genererades av modellerna var mycket användbara.

Ständigt förbättra ramverket och tillämpa det på olika frågor

Teamet har använt samma dynamiska ramverk för beteendebedömning för att svara på många nationella säkerhetsfrågor inom det geopolitiska området, från propaganda och cyberterroristattacker till faktorer som påverkar landets stabilitet, och många andra. Dock, eftersom de underliggande principerna för hur människor fattar beslut är i huvudsak desamma, de har också använt ramverket för att studera några frågor som inte är relaterade till nationell säkerhet.

Till exempel, 2015 studerade de hur olika public service-meddelanden skulle påverka antalet tonårsrökning som en del av ett större projekt för Food and Drug Administration. De fann att även blygsamma ökningar av anti-rökning public service-meddelanden kan minska mängden positivt samtal om rökning inom den modellerade gruppen av tonåringar och öka antalet tonåringar som aldrig har rökt i slutet av modellens tidsram. Deras resultat publicerades i Proceedings of the 2015 Winter Simulation Conference.

En utmaning de har, Bernard sa, ser till att modellen har så mycket teori som den behöver för att vara korrekt, utan att slänga in beteende- eller politiska teorier som inte behövs. Också, eftersom forskare ständigt lär sig om hur människor fattar beslut och interagerar i grupper, det underliggande ramverket kommer aldrig att bli helt färdigt, han sa.

Sandia-teamet försöker förbättra ramverket för att göra det snabbare och enklare att ta fram en slutlig modell och resultat. Det tar nu minst två månader att bygga en ny modell, vilket ofta går för långsamt när svar behövs omedelbart.

Några av metoderna som Naugle har övervägt för att påskynda Sandias process inkluderar att integrera maskininlärning och textanalysfunktioner för att göra datainsamlingen snabbare. Hon tillade att det inte skulle vara till hjälp för varje fråga, men det kan vara en stor tidsbesparing för vissa uppgifter, som att avgöra åsikter om rökning genom att analysera stora mängder inlägg på sociala medier.

"Det är verkligen viktigt att se till att vi förstår den mänskliga sidan av systemen som Sandia arbetar med, sa Naugle.