От звуков к грамматике: возникновение языка в процессе совместного поиска ресурсов

From Grunts to Grammar: Emergent Language from Cooperative Foraging

May 19, 2025

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

cs.AI

Аннотация

Ранние пещерные люди полагались на жесты, звуки и простые сигналы для координации, планирования, избегания хищников и распределения ресурсов. Сегодня люди используют сложные языки для достижения впечатляющих результатов. Что движет этой эволюцией в коммуникации? Как язык возникает, адаптируется и становится жизненно важным для командной работы? Понимание истоков языка остается сложной задачей. Ведущая гипотеза в лингвистике и антропологии предполагает, что язык развился для удовлетворения экологических и социальных потребностей раннего человеческого сотрудничества. Язык возник не изолированно, а через общие цели выживания. Вдохновленные этой идеей, мы исследуем возникновение языка в многоагентных играх на поиск ресурсов. Эти среды разработаны для отражения когнитивных и экологических ограничений, которые, как считается, повлияли на эволюцию коммуникации. Агенты действуют в общем сеточном мире, обладая лишь частичной информацией о других агентах и окружающей среде, и должны координироваться для выполнения задач, таких как сбор высокоценных целей или выполнение временно упорядоченных действий. Используя сквозное глубокое обучение с подкреплением, агенты с нуля изучают как действия, так и стратегии коммуникации. Мы обнаруживаем, что агенты разрабатывают протоколы коммуникации с характерными чертами естественного языка: произвольностью, взаимозаменяемостью, смещением, культурной передачей и композициональностью. Мы количественно оцениваем каждое свойство и анализируем, как различные факторы, такие как размер популяции и временные зависимости, формируют конкретные аспекты возникающего языка. Наша платформа служит инструментом для изучения того, как язык может эволюционировать из частичной наблюдаемости, временного мышления и кооперативных целей в воплощенных многоагентных средах. Мы опубликуем все данные, код и модели в открытом доступе.

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.