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L’intelligence des abeilles décryptée

par Frédéric Magné - publié le

Les abeilles ont toujours attiré l’attention de l’Homme par la complexité de leur vie sociale et par les capacités remarquables d’apprentissage et de mémoire qui leur permettent de naviguer de façon efficace dans la nature, entre la ruche et les fleurs exploitées. L’équipe de Martin Giurfa et Jean-Marc Devaud au Centre de recherche sur la cognition animale, en collaboration avec des chercheurs du laboratoire Evolution, génome, comportement et écologie et de l’université Libre de Berlin, dévoilent pour la première fois les mécanismes cérébraux responsables de l’apprentissage de haut niveau chez les abeilles. L’analyse d’apprentissages complexes a révélé que des structures cérébrales, appelées corps pédonculés, sont nécessaires pour la résolution de taches de discrimination complexe, tout en étant n’étant pas requises pour des apprentissages simples. Cette étude est publiée dans la revue Proceedings of The National Academy of Sciences USA.


De nombreux travaux ont montré que les abeilles, au-delà de leur capacité d’apprendre des associations simples entre couleurs ou odeurs et récompense alimentaire (le nectar ou le pollen présents dans les fleurs), sont aussi en mesure d’apprendre à résoudre des problèmes complexes que l’on croyait être une prérogative de l’homme et de certains primates. Ces études soulèvent donc la question de la particularité des abeilles par rapport à d’autres insectes qui montrent, dans la plupart des cas, des capacités cognitives moins développées.
Dans le but de mettre à jour les mécanismes responsables des performances cognitives des abeilles, les chercheurs ont étudié leur capacité à résoudre des discriminations complexes dites non-linéaires qui requièrent un traitement cognitif particulièrement élaboré. Ainsi, des abeilles immobilisées recevaient dans le laboratoire deux odeurs A ou B récompensées avec une gouttelette de sucre mais chaque fois que A et B étaient présentées simultanément aucune récompense n’était offerte. La séquence de ces présentations étant aléatoire, les abeilles devaient donc apprendre à répondre aux odeurs A et B par une extension de leur proboscis ou trompe, ce qui dévoile l’attente de nourriture, et à inhiber leur réponse au mélange AB non récompensé. Ce problème requiert donc que les abeilles suppriment le traitement linéaire qui voudrait que « si A et B sont récompensés, AB doit être doublement récompensé ».
Les abeilles ont appris à résoudre de façon efficace ce type de discrimination non-linéaire, montrant ainsi, à nouveau, leur sophistication cognitive. Cette performance a permis aux chercheurs de se focaliser sur des structures particulières du cerveau des insectes, les corps pédonculés, qui ont été associés historiquement au stockage et la restitution de la mémoire. Chez l’abeille, ces régions cérébrales ont la particularité d’associer de nombreuses voies sensorielles (olfactives, visuelles, gustatives, etc.) et d’occuper une portion très volumineuse du cerveau. En bloquant ces régions par des injections d’un anesthésique local, les chercheurs ont montré que ces régions sont indispensables pour la résolution des discriminations olfactives non-linéaires comme celle décrite ci-dessus. Au contraire, l’absence de corps pédonculés n’a pas empêché les abeilles d’apprendre des discriminations olfactives plus simples. Ces résultats montrent donc que les corps pédonculés jouent un rôle clé dans la résolution de problèmes complexes chez l’abeille et qu’en leur absence, d’autres régions cérébrales interviennent dans la résolution de problèmes de bas niveau.

Qu’il y a-t-il de particulier dans les corps pédonculés qui les rend essentiels pour des apprentissages complexes ? Des boucles de rétrocontrôle existent au niveau de ces structures, établies par des neurones qui libèrent une substance inhibitrice appelée GABA (Acide γ-aminobutyrique). Les chercheurs ont montré que l’inhibition pharmacologique de ces boucles empêche l’apprentissage des discriminations non-linéaires. Ainsi, si les corps pédonculés sont nécessaires pour des taches cognitives complexes, c’est parce que la présence de ces boucles de rétrocontrôle permet d’inhiber les réponses inappropriées à des stimuli ou situations incorrectes et ainsi corriger la performance cognitive des abeilles. Ces travaux apportent donc une lumière sur les réseaux neuronaux minimaux nécessaires pour la résolution de problèmes complexes et ouvrent des perspectives intéressantes pour des travaux d’intelligence artificielle et robotique. Ils soulignent aussi le caractère exceptionnel des abeilles qui méritent une protection environnementale accrue face aux disparitions massives qui les menacent.

Figure 1 : Reflexe d’extension du proboscis (langue) chez l’abeille face à une odeur apprise ; les abeilles sont entrainées à associer une odeur avec une récompense alimentaire de solution sucrée, et montrent ensuite la réponse appétitive d’extension de la langue à l’odeur apprise. En utilisant ce protocole, les abeilles ont appris à répondre à deux odeurs récompensées quand elles étaient présentées seules, et à supprimer leur réponse quand les odeurs étaient présentées simultanément, montrant ainsi une capacité de discrimination dite « non-linéaire ».
© Martin Giurfa

Figure 2 : Cerveau de l’abeille en vue frontale. En rouge les corps pédonculés, structures cérébrales de haut niveau nécessaires pour l’apprentissage de discriminations non linéaires. Le blocage de ces structures entraine une incapacité à résoudre ces discriminations mais non pas des discriminations simples.
© R. Menzel, Freie Universitaet, Berlin

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"Neural substrate for higher order learning in an insect : Mushroom bodies are necessary for configural discriminations", Jean-Marc Devaud, Thomas Papouin, Julie Carcaud, Jean-Christophe Sandoz, Bernd Grünewald, and Martin Giurfa, Proceedings of The National Academy of Sciences USA, 2015.

Contacts chercheurs

Martin Giurfa
Email : martin.giurfa@univ-tlse3.fr

Jean-Marc Devaud
Email : jean-marc.devaud@univ-tlse3.fr

Centre de Recherches sur la Cognition Animale
CNRS UMR 5169, Université Paul Sabatier - Toulouse III
118 Route de Narbonne
31062 Toulouse cedex
Tél. : 05 61 55 67 62

Source : CNRS-INSB http://www.cnrs.fr/insb/