De Grunhidos à Gramática: Linguagem Emergente a partir de Forrageamento Cooperativo

From Grunts to Grammar: Emergent Language from Cooperative Foraging

May 19, 2025

Autores: Maytus Piriyajitakonkij, Rujikorn Charakorn, Weicheng Tao, Wei Pan, Mingfei Sun, Cheston Tan, Mengmi Zhang

cs.AI

Resumo

Os primeiros homens das cavernas dependiam de gestos, vocalizações e sinais simples para coordenar, planejar, evitar predadores e compartilhar recursos. Hoje, os humanos colaboram usando linguagens complexas para alcançar resultados notáveis. O que impulsiona essa evolução na comunicação? Como a linguagem emerge, se adapta e se torna vital para o trabalho em equipe? Compreender as origens da linguagem continua sendo um desafio. Uma hipótese proeminente na linguística e na antropologia sugere que a linguagem evoluiu para atender às demandas ecológicas e sociais da cooperação humana primitiva. A linguagem não surgiu isoladamente, mas através de objetivos de sobrevivência compartilhados. Inspirados por essa visão, investigamos a emergência da linguagem em Jogos de Coleta multiagente. Esses ambientes são projetados para refletir as restrições cognitivas e ecológicas que acredita-se terem influenciado a evolução da comunicação. Os agentes operam em um mundo de grade compartilhado com conhecimento parcial sobre outros agentes e o ambiente, e devem se coordenar para completar tarefas como coletar alvos de alto valor ou executar ações temporalmente ordenadas. Usando aprendizado por reforço profundo de ponta a ponta, os agentes aprendem tanto ações quanto estratégias de comunicação do zero. Descobrimos que os agentes desenvolvem protocolos de comunicação com características marcantes da linguagem natural: arbitrariedade, intercambialidade, deslocamento, transmissão cultural e composicionalidade. Quantificamos cada propriedade e analisamos como diferentes fatores, como tamanho da população e dependências temporais, moldam aspectos específicos da linguagem emergente. Nosso framework serve como uma plataforma para estudar como a linguagem pode evoluir a partir de observabilidade parcial, raciocínio temporal e objetivos cooperativos em ambientes multiagente corporificados. Disponibilizaremos todos os dados, códigos e modelos publicamente.

English

Early cavemen relied on gestures, vocalizations, and simple signals to coordinate, plan, avoid predators, and share resources. Today, humans collaborate using complex languages to achieve remarkable results. What drives this evolution in communication? How does language emerge, adapt, and become vital for teamwork? Understanding the origins of language remains a challenge. A leading hypothesis in linguistics and anthropology posits that language evolved to meet the ecological and social demands of early human cooperation. Language did not arise in isolation, but through shared survival goals. Inspired by this view, we investigate the emergence of language in multi-agent Foraging Games. These environments are designed to reflect the cognitive and ecological constraints believed to have influenced the evolution of communication. Agents operate in a shared grid world with only partial knowledge about other agents and the environment, and must coordinate to complete games like picking up high-value targets or executing temporally ordered actions. Using end-to-end deep reinforcement learning, agents learn both actions and communication strategies from scratch. We find that agents develop communication protocols with hallmark features of natural language: arbitrariness, interchangeability, displacement, cultural transmission, and compositionality. We quantify each property and analyze how different factors, such as population size and temporal dependencies, shape specific aspects of the emergent language. Our framework serves as a platform for studying how language can evolve from partial observability, temporal reasoning, and cooperative goals in embodied multi-agent settings. We will release all data, code, and models publicly.