Ett konstverk utvecklas från en serie beslut, som konstnär kombinerar penseldrag, danssteg eller musiknoter för att förmedla en känsla eller idé. När en grupp interagerande dansare improviserar en föreställning från en repertoar av möjliga rörelser, dynamiken i de konstnärliga besluten blir ännu mer komplex.

För Naomi Ehrich Leonard, Princetons Edwin S. Wilsey professor i maskin- och rymdteknik, detta kollektiv, en kreativ process i ögonblicket är en värdefull modell för att studera socialt beslutsfattande. Hennes team använder matematiska modellbaserade undersökningar av komplex gruppdynamik för att förklara och utforska kollektivt beteende i naturen och konsten och för att informera om utformningen av kontrollsystem för robotteam som arbetar i utmanande miljöer.

Leonard är senior författare till en ny matematisk analys av dansares beslut och möjligheter till kollaborativ komposition i det regelbaserade improvisationsverket "There Might Be Others, "koreograferad av Rebecca Lazier, en universitetslektor i dans vid Lewis Center for the Arts. I stycket, dansare gör sekventiella val bland 44 rörelsemoduler inspirerade av en mängd olika dansstilar, inklusive "Jump Bean" (studsa och interagera med andra dansare) och "Oar, " som har en paddelliknande handling. Kritiskt för artisteriet och hur stycket utvecklas är spelreglerna, som vägleder och begränsar när, var och hur dansarna utför sekvensen av moduler. Professorn i musik Dan Trueman komponerade musik för dansen som också bygger på spelregler och improvisation.

"Dansarna var otroliga att arbeta med, " sa Leonard. "De kunde uttrycka hur det fick dem att känna när våra manipulationer av reglerna gav dem fler idéer. Vi lärde oss nya sätt på vilka vi kunde införa begränsningar för dansarna som skulle göra konsten mer utmanande, och därför mer intressant och mer spännande."

I varje unik, timslång prestation, individuella dansare introducerar en modul i taget från uppsättningen av 44 och rekryterar andra att gå med. Upp till tre undergrupper av dansare kan utföra olika moduler samtidigt, och kombinationerna av moduler bör vara nya för varje föreställning. Den övre gränsen av tre undergrupper skapar en spänning eftersom innan en dansare kan introducera en ny modul, de tre undergrupperna måste slås samman till två.

Leonard och hennes kollegor gick med i Princetons repetitioner av "There Might Be Others, " varierade prestationsreglerna och registrerade hur de relativa storlekarna på undergrupperna av dansare som utför olika moduler förändrades över tiden. De analyserade dansarnas val med hjälp av en matematisk modell av de växande undergruppernas storlekar, fokusera på spänningen mellan att välja att "utnyttja" nuvarande moduler kontra att välja att "utforska" nya moduler.

Paradigmet utforska-mot-utnyttja har tillämpats på studier av djursökning och av uppmärksamhet i hjärnan. Att utnyttja ger en välkänd belöning, medan utforskande avser att ta en risk med möjligheten till en ännu större belöning. I detta fall, belöningarna är konstnärliga till sin natur, och de förändras med tiden - när en modul har dansats ett tag blir det mindre givande, och drivkraften att utforska genom att introducera en ny rörelse kan öka.

Få studier har bedömt spänningen utforska-utnyttjande i gruppbeslutsfattande. Forskningen, publicerad den 20 november, 2018, i journalen Tvärvetenskapliga vetenskapsrecensioner , representerar också en ny tillämpning av en evolutionsteori som undersöker denna spänning i samband med olika överlevnadsstrategier inom en population av individer.

"Det här var ett fantastiskt samarbete i skärningspunkten mellan dans, koreografi, improvisation och dynamiska system, sa Leonard, och tillägger att principer från den matematiska modellen påverkade konstnärernas förhållningssätt och "blev verkets språk."

I en repetition, forskarna uppmuntrade dansarna att byta rörelse oftare, medan instruktionen i en annan var att vara mer motståndskraftig mot byte. Både Leonard och Lazier noterade att dessa riktningar gjorde artisterna mer medvetna om sina val och påverkade gruppdynamiken i föreställningen.

"Naomis manipulationer av reglerna hjälpte dansarna att tränga sig ur sina personliga komfortzoner och lära sig att bete sig som en grupp, " sa Lazier. Att lära sig utforska-exploateringsspråket och ändra tendensen att byta rörelse gjorde dansarna mer medvetna om sina egna vanor, få vissa att leda oftare och andra att medvetet hänga tillbaka. De kom också att erkänna motstånd mot förändring som en viktig komponent i föreställningen, Hon sa.

Simon Levin, Princetons James S. McDonnell Distinguished University Professor i ekologi och evolutionsbiologi, kallade studien "en lysande fusion av ingenjörsanalys, evolutionsteori och konst."

"Tidningen är inte bara rolig, men är en stimulerande demonstration av hur metoder från evolutionsteori och kollektivt beslutsfattande kan tillämpas fruktbart på andra områden, " tillade Levin, som har samarbetat med Leonard men inte var inblandad i denna studie.

Leonard, Lazier och Trueman skulle vilja utöka sitt samarbete för att undersöka beslutsdynamiken i musiken till "They Might Be Others, " samt samspelet mellan musiken och dansen. Leonard noterade också att deras modell kunde tillämpas för att förstå socialt beslutsfattande i kollaborativ design, lagsporter eller andra sammanhang med ständigt föränderliga belöningar och omständigheter.

Leonard är ledande inom Princetons multidisciplinära arbete inom området robotik och cyberfysiska system i tjänst för samhället. Ett syfte med ansträngningen är att samordna kollektiva beteenden hos robotsystem utan centraliserad kontroll, vilket kan vara särskilt användbart vid sök-och-räddning eller andra komplexa operationer.