Les abeilles savent manier des concepts abstraits : 3 exemples renversants

Les abeilles savent manier des concepts abstraits : 3 exemples renversants

Temps de lecture : 6 minutes

Les abeilles n’ont pas fini de nous étonner. Malgré leur taille ridicule, elles font preuve d’un sens de l’orientation, d’une technique de communication, et d’une organisation sociale très développés. Des chercheurs ont démontré plus impressionnant encore: les abeilles savent manipuler des concepts.

Le concept de concept

Qu’est-ce qu’un concept? Et qu’entend-on par l’apprentissage de concept? Notre mental se construit et s’agence autour d’une multitude de concepts, à commencer par celui du temps « qui passe ». Sans concept, impossible de développer un langage, de faire des mathématiques, ou de la philosophie.

Le cerveau d’une abeille fait seulement 1mm3 et contient environ 950 000 neurones [1]. De notre côté, nous sommes dotés de près de 100 milliards [2].
On comprend pourquoi les scientifique croyaient encore récemment que la gestion des concepts était bien trop complexes pour des animaux tels que des insectes.

Et bien ils se trompaient.

Les abeilles nous démontrent de façon très violente que, en terme de cognition, ce n’est pas la taille qui compte…

Les abeilles passent beaucoup de temps à chercher des fleurs à butiner
Abeille en train de boire le nectar d'une fleur

Nous allons ici nous intéresser aux concepts de type relationnels, que les abeilles intègrent de manière absolument surprenante d’après de récentes études [3]. Ces concepts relient deux objets entre eux par une relation indépendante de la nature physique de chacun des objets.

Par exemple, si je vous présente un grain de riz et un haricot rouge, puis vous demande lequel est le plus gros, l’exercice ne devrait pas vous poser de problème. Vous utilisez le concept relationnel de « plus grand que », que les abeilles maîtrisent également, d’après une étude menée en 2014 [4].

L’exercice est beaucoup plus simple si je vous demande quel objet est de couleur rouge. En effet, dans ce cas, il vous suffit de savoir catégoriser les objets (ici en fonction de leur couleur), et la réponse vous est présentée par un stimuli visuel sous vos yeux. Pas besoin d’établir de relation entre les objets.

Le concept de « pareil que  » ou « différent de »

Pour vérifier que les abeilles sont capables de manier ces concepts, les chercheurs ont utilisé une sorte de labyrinthe « en Y ». [5]

À l’entrée du labyrinthe figure un symbole (soit une couleur, soit un motif, selon le groupe testé). L’abeille pénètre dans le labyrinthe, et ne peut donc plus voir le symbole d’entrée.

Elle arrive à un embranchement avec deux couloirs. Au fond de chacun se trouve un symbole, identique ou différent de celui de l’entrée. Une récompense (une solution d’eau sucrée) est placée au milieu de l’un de ces murs.

Les abeilles passent d’abord une phase d’apprentissage (60 essais), au bout de laquelle elles comprennent clairement que la récompense est située du côté où le symbole correspond à celui de l’entrée (80% de réussite).

Ensuite on les teste, les chercheurs les mettent en présence de nouveaux symboles : si elles avaient fait leur apprentissage avec des couleurs, on leur présente des motifs rayés en noir et blanc, et vice-versa.

Plus fort encore, les symboles visuels ont été remplacés par des odeurs lors de la phase de test, et les abeilles ont compris qu’il fallait choisir le couloir dont l’odeur correspondait à l’odeur d’entrée du labyrinthe.

L’expérience a ensuite été effectuée avec succès, en inversant la règle, et en récompensant les abeilles qui choisissent le stimuli différent de l’échantillon présenté en entrée

abeilles : labyrinthe en Y
Le labyrinthe en Y (Avarguès-Weber et Giurfa, 2013)
apprentissage concept abeilles
Phase d'apprentissage du concept "pareil que" ou "différent de" et test (Avarguès-Weber et Giurfa, 2013)

Des concepts dans l’espace

L’histoire ne s’arrête pas là.

Les chercheurs ont ensuite testé les abeilles sur des concepts tels que « au dessus de » et « en dessous de ». [6]

Le labyrinthe en Y a été de nouveau utilisé, en introduisant une « punition » en plus de la récompense, à savoir une solution d’eau contenant de la quinine placée du mauvais côté du labyrinthe, dont les abeilles détestent le goût amer.

Les abeilles doivent choisir le couloir qui présente un stimulus situé au dessus (ou en dessous selon le test) d’un symbole de référence, dont la position varie aléatoirement (voir image).

Lors de la phase de test, on utilise des stimuli nouveaux, et on vérifie que les abeilles n’utilisent ni la localisation du symbole de référence sur l’image, ni le centre de gravité du stimulus, pour prendre une décision.

 

abeilles : Apprentissage du concept de "au-dessus de".
Apprentissage du concept de "au-dessus de". Les abeilles doivent choisir l'image avec un symbole situé au-dessus de la croix qui sert de référence (bons choix en rose). Avarguès-Weber et Giurfa, 2013

Les abeilles ont bien appris à identifier une relation spatiale particulière entre un  symbole cible et un symbole de référence.

J’en profite pour vous rappeler qu’on parle d’abeilles quand même…

Maîtrise simultanée de plusieurs concepts

Il vous en faut plus? Passons à la vitesse supérieure.

Les chercheurs ont démontré que les abeilles sont capables d’apprendre simultanément les deux types de concepts précédent [7]. À savoir un concept basé sur une relation spatiale (au-dessus/en-dessous ou bien à gauche de/ à droite de), et un second basé sur la différence.

Les abeilles ont appris à choisir le couloir présentant deux symboles avec une relation spatiale particulière (soit côte à côté, soit l’un au dessus de l’autre, selon le groupe testé). À chaque fois, on prenait soin d’utiliser deux symboles différents dans les images présentées.

Par exemple, un groupe d’abeilles a appris à choisir l’image avec deux symboles côte à côte plutôt que celle avec deux symboles superposés. On a ensuite lors de la phase de test présenté des symboles d’un autre type, mais aussi mis ces abeilles en présence d’images avec des symboles identiques (soit superposés, soit côte à côte).

Si vous avez eu du mal à suivre, imaginez ce que ça doit être pour une abeille. Le schéma ci-dessous vous aidera sans doute à y voir plus clair.

apprentissage de 2 concepts chez les abeilles
Apprentissage simultané de deux concepts : "au dessus/en dessous" (ou gauche/droite) et "différent de". Avarguès-Weber et Giurfa, 2013

Et on constate que les abeilles ont également assimilé la règle que pour avoir raison, il fallait que les symboles soient différents.

Elles ont donc appris deux règles conceptuelles en même temps, auxquelles elles attribuent la même importance.

Un cerveau encore mystérieux

Comment un cerveau aussi petit et différent du notre par son architecture est-il capable de gérer l’apprentissage de tels concepts?

Nous n’avons pas à l’heure actuelle la réponse à cette question.

Des expériences effectuées sur les primates ont révélé l’existence de neurones spécialisés dans l’apprentissage des concepts dans le cortex préfrontal [8][9]. Étant donné que cette partie du cerveau a la particularité d’être reliée à un grand nombre d’autres zones liées aux émotions, aux perceptions sensorielles et motrices, les scientifiques ont cherché une partie du cerveau de l’abeille qui partage ces propriétés.

Les corps pédonculés semblent être de bons candidats [10]. Ces structurent permettent aux abeilles de traiter des informations multi-modales en provenance de plusieurs de leurs sens, et sont associées à la mémoire. En les anesthésiant, il a été montré que les corps pédonculés interviennent dans la résolution de problèmes discriminatoires complexes.

cerveau d'un abeille
Reconstruction 3D du cerveau d'une abeille. Les corps pédonculées sont en rouge. Avarguès-Weber et Giurfa, 2013

Les abeilles ne sont pas les seuls insectes hyménoptères à posséder des corps pédonculés multi-modaux. Les guêpes et les fourmis en sont dotées. Mais l’absence d’expériences sur ces animaux ne nous permet pas d’affirmer qu’ils sont également capables d’apprendre des concepts comme les abeilles.

D’autres facteurs sont peut-être nécessaires pour être capables de telles prouesses, comme la capacité à différencier des motifs visuels variables et une bonne orientation dans l’espace.

Une chose est sure : nous n’avons pas fini de nous étonner des capacités des insectes, et ce n’est décidément pas la taille qui compte!

  1. Giurfa M. 2007. Behavioral and neural analysis of associative learning in the honeybee: a taste from the magic well. J. Comp. Physiol. A 193:801–24
  2. Suzana Herculano-Houzel, « The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain », Frontiers in Human Neuroscience, vol. 3,‎
  3. A. Avarguès-Weber, M. Giurfa, Conceptual learning by miniature brains. Proc. R. Soc. B 280, 20131907 (2013).
  4. Avarguès-Weber, A., d’Amaro, D., Metzler, M., & Dyer, A. G. (2014). Conceptualization of relative size by honeybees. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 8.
  5. Giurfa M, Zhang S, Jenett A, Menzel R, Srinivasan MV. 2001 The concepts of ’sameness’ and ‘difference’ in an insect. Nature 410, 930–933.
  6. Avarguès-Weber A, Dyer AG, Giurfa M. 2011, Conceptualization of above and below relationships by an insect. Proc. R. Soc. B 278, 898– 905.
  7. Avarguès-Weber A, Dyer AG, Combe M, Giurfa M. 2012 Simultaneous mastering of two abstract concepts by the miniature brain of bees. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109, 7481 –7486.
  8. Wallis JD, Anderson KC, Miller EK. 2001 Single neurons in prefrontal cortex encode abstract rules. Nature 411, 953 –956.
  9. Miller EK, Nieder A, Freedman DJ, Wallis JD. 2003. Neural correlates of categories and concepts. Curr. Opin. Neurobiol. 13, 198–203.
  10. Devaud, J.-M., Papouin, T., Carcaud, J., Sandoz, J.-C., Grünewald, B., & Giurfa, M. (2015). Neural substrate for higher-order learning in an insect: Mushroom bodies are necessary for configural discriminations. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(43), E5854–E5862.

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