Department of Plant Systematics, Ecology and Theoretical Biology (Eötvös Loránd University)
Participants
Boza, Gergely Decsov, Csaba Zoltán Fedor, Anna Zachar, István
Starting date
2007-12-01
Closing date
2011-06-30
Funding (in million HUF)
7.500
FTE (full time equivalent)
5.03
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatásban kétféle kérdést vizsgálunk: (1) milyen neurobiológiai és szelekciós előfeltételei vannak a természetes nyelv kialakulásának, és (2) milyen evolúciós faktorok segíthették elő a természetes nyelv megjelenéséhez valószínűleg fontos erős altruzimust (kooperációt). Ad 1. A természetes nyelv egyik fontos eleme a rekurzió, konkrétabban a központi beágyazás a szintaktikai műveletek során. Ennek végrehajtását nagyban segíti, ha ún. verem-memória áll rendelkezésre. Sejtésünk szerint az emberben az ilyen verem működtetéséhez kapuzott (gated) neuronális kapcsolatok szükségesek. Megvizsgáljuk, hogy milyen módon tervezhető egy neuronális verem, és hogy ez miként hasznosítható rekurzív szintaktikai feladatokban. Végezetül a korábban kifejlesztett Evolúciós neurogenetikai algoritmus (ENGA) segítségével megkíséreljük egy ilyen jellegű neuronális hálózat evolváltatását a megfelelő adaptív tájképen. Ad 2. Az erős altruizmusban az altruista abszolút értelemben is árat fizet az altruista akcióért. Az ilyen altruizmus fenntartása az altruisták pozitív asszociációját igényli, de az eredet kérdése még mindig homályban marad, mert vagy genetikai drift, vagy valamilyen ismeretlen mechanizmus szükséges az erős altruisták sikeres inváziójához. Sejtésünk szerint az ismeretlen faktorok egyike a soklókuszos öröklődésben jelentkező ún. Hill-Robertson effektus, mely kiegyensúlyozatlan genetikai kapcsoltságot eredményez. Ha az erős altruista lókusz pozitívan kapcsolódik más allélekhez, melyek a heterogén, de randomizált összetételű csoportokban előnyt jelentenek hordozóik számára, úgy ''autóstoposként'' ('genetic hitchhiking') az erős altruista lőkusz sikeresen betörhet a populációba.
Summary
In this project two problems will be investigated: (1) what are the neurobiological and selective preconditions for the appearance of natural language, (2) what factors could have aided the appearance of strong altruism (human cooperation), presumably necessary for the origin of language. Ad 1. A key element of natural language is recursion, more precisely centre embedding. This is most readily handled by a stack memory. We suspect that for such a neuronal structure gated neuronal connections are necessary. We shall investigate how one could design a neuronal stack, and how it could be used for tasks involving recursive syntactic operations. Finally, we attempt the in silico evolution of such neuronal structures on an appropriate adaptive landscape. Ad 2. In strong altruism the altruist pays an absolute fitness cost for the altruistic act. Maintenance of string altruism needs positive assortment of the altruists, but this still leaves the problem of initial spread open, since something seems to be necessary for the successful invasion of strong altruists. We suspect that a key missing ingredient is the Hill-Robertson effect of multilocus population genetics, which generates linkage disequilibrium in finite populations. If the strongly altruistic locus gets positively associated with other alleles, conferring advantage on their bearers in heterogeneous, bur randomly assembled groups then the strongly altruistic locus can successfully hitch a ride on them and invade.
Final report
Results in Hungarian
Az ESF Eurocores The Evolution of Cooperation and Trading (TECT) programjához kapcsolódó nemzetközi kutatási program keretén belül négy kutatási altémával foglalkoztunk: (1) A nyelv biológiai alapjai és eredete, (2) Akooperáció evolúciójának általános problémái, (3) A replikátor elmélet, és végül (4) A neuronális replikátor hipotézis. A kiemelkedő eredmények rendre a következők: (1) Biological Foundations and Origins of Syntax c. könyv szerkesztése az MIT Press gondozásában; egy, a hierarchikus kifejezés-szerkezet feldolgozására alkalmas, veremmemóriát működtető neuronális modell; Az emberi nyelvkészség és a kooperáció közös eredete, (2) Az erős altruizmus kezdeti elterjedésének lehetőségét megalapozó modell a hasonló egyedek pozitív asszociációja nélkül; A korai evolúcióban az ásványi felszíneken kibontakozó, növekvő komplexitást eredményező szelekciós dinamika vizsgálata (3) A replikátorok újszerű,hierarchikus osztályozása, (4) Annak megmutatása, hogy elvben miként lehetséges a neuronok közötti lokális kapcsolati háló másolása ismert neurális komponens-folyamatok segítségével; dacára annak, hogy az idegsejtek nem szaporodnak.
Results in English
Within the ESF Eurocores The Evolution of Cooperation and Trading (TECT) we have been doing research on four topics: (1) The biological foundations and origins of language, (2) General problems of the evolution of cooperation, (3) Replicator theory, and (4) The neuronal replicator hypothesis. The most important results obtained in order are: (1) Editing of the book Biologocal Foundations and Origins of Syntax by MIT Press; a neuronal model able to handle inputs conforming to phrase structure grammar; The common origins of human language and cooperation, (2) Inital spread of strong altruism without positive assortment in groups; Dynamics of competing and cooperating molecular replicators on mineral surfaces, (3) A novel, hierarchical classification of replicators, (4) The feasiblilty of neuronal replicators in the brain: connectivity copying of local neuronal groups by known component mechanisms, without the reproduction of neurons.
Szathmáry, E.: The genetic code and natural language: their nature, origins and relation., : P. Walde, F. Kraus (eds): An den Grenzen des Wissens. Vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich. Pp. 185-207, 2008
Szathmáry, E.: Towards an understanding of language origins., M. Barbieri (ed.) Codes of Life, Springer-Verlag, pp. 283-313., 2008
Fedor, A., Ittzés, P. & Szathmáry, E.: The biological background of syntax evolution., D. Bickerton and E. Szathmáry (eds) Biological Foundations and Origin of Syntax. MIT Press, Cambridge, pp. 15-39., 2009
Számadó, S., Hurford, J.R., Bishop, D.V.M., Deacon, T.W., d’Errico, F., Fisher, J., Okanoya, K., Szathmáry E., White, S.A: What are the possible biological and genetic foundations of syntactic phenomena?, D. Bickerton and E. Szathmáry (eds) Biological Foundations and Origin of Syntax. MIT Press, Cambridge, pp. 207-236, 2009
Fernando, C. & Szathmáry E.: Natural selection in the brain, B. Glatzeder, V. Goel and A. von Müller (eds) Toward a Theory of Thinking. Springer-Verlag, Berlin, in press, 2010
Fernando, C. & Szathmáry E.: Chemical, neuronal and linguistic replicators., M. Pigliucci and G.B. Müller (eds): Evolution: the Extended Synthesis. MIT Press, Cambridge, Ma., in press., 2010
Szathmáry, E.: Evolution of language as one of the major evolutionary transitions., Nolfi & M. Mirolli (eds) Evolution of Communication and Language in Embodied Agents. Springer-Verlag, Berlin, pp. 37-53., 2010
