Imitation, the act of copying the behavior of others, is widely observed in social animals. It has been suggested that imitation can induce cultural evolution but only when imitation targets are selectively chosen (i.e., biased imitation). On the other hand, it has also been proposed that random copying (i.e., unbiased imitation) is observed in human subject experiments and can describe certain cultural phenomena. Nonetheless, a detailed mechanism of how random copying can induce population-level learning remains elusive. Here, using a multi-agent survival model, we show that random copying can function as a key mechanism of population evolution, in particular, increasing the survival time of agents. When agents were only under the effect of width mutations, the average lifespan did not change over time. However, surprisingly, the average lifespan increased over time when the agents were allowed to randomly imitate each other. Moreover, their trait converged to the optimal trait in the given environment, maximizing their lifespan. Next, we found that random copying groups reache comparable or even higher average lifespans than selective copying groups. This implies that random copying can potentially serve as a better learning strategy than selective copying. Lastly, we examined the effect of random copying by varying the duration and timing of the random copying. Interestingly, the increase in the average lifespan was maximized when each agent performed imitations only at the early stage of their life. In summary, our results suggest that random copying can function as an effective learning method and have an important role in the evolution in a multi-agent system.
모방은 타 개체의 행동을 따라 하는 행위로, 인간과 영장류를 비롯한 다양한 사회적 동물에서 관찰된다. 일반적으로는 우수한 대상을 모방의 대상으로 선택하는 것이 이득을 가져올 수 있다고 생각되나, 실제 상황에서는 모방 대상을 무작위로 선택하는 무작위 모방 행위가 자주 관찰된다. 이는 인간 대상 행동 실험이나 인간의 문화적 형질 분포 등에 대한 통계적 분석 등을 통해 보고된 바 있다. 하지만 이러한 무작위 모방이 어떠한 장점을 가지는지, 또한 그 구체적인 기작이 무엇인지에 대해서는 아직 밝혀진 바가 없다. 본 연구에서는 다중 에이전트 생존 모델의 시뮬레이션에 기반하여, 무작위 모방이 집단의 진화에 기여하는 원리를 설명한다. 구체적으로, 개별 에이전트들의 단순한 무작위 모방 행위가 전체 집단의 이득, 즉 에이전트의 평균 수명 증가라는 결과를 가져올 수 있음을 보인다. 다중 에이전트 생존 모델에서 개체가 돌연변이의 영향만을 받는 조건에서는 시간이 지나도 평균 수명에 변화가 없는 반면, 각 개체가 무작위 대상의 형질을 모방할 수 있는 경우에는 집단의 평균 수명이 유의미하게 증가하는 것을 확인하였다. 이러한 조건에서는 충분한 시간이 지난 후 집단의 평균 형질이 주어진 환경에 대한 최적 형질로 수렴하여 집단의 수명이 최대화됨을 발견하였다. 흥미롭게도, 무작위 모방을 사용하는 집단의 최대 수명은 선택적 모방을 하는 집단과 비슷하거나 더 높은 값에 도달함을 확인하였다. 이는 조건에 따라서 무작위 모방이 선택적 모방보다 더 효율적인 학습 전략으로 사용될 수도 있음을 의미한다. 추가적으로, 무작위 모방의 시기와 횟수가 집단의 수명 증가에 미치는 영향을 확인한 분석에서는 각 개체가 생성된 직후에 짧은 시간 동안 모방을 할 때 집단의 수명이 가장 많이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과들은 무작위 모방이 집단의 형질 진화를 이끌어낼 수 있음을 보이며 효율적인 집단 학습 방식으로 작용할 수 있음을 시사한다.
