Les abeilles font des maths : 3 découvertes incroyables

Les abeilles font des maths : 3 découvertes incroyables

Temps de lecture : 6 minutes

Dans un précédent post, nous avons vu que les abeilles sont capables de gérer des concepts abstraits. Plus particulièrement, elles savent gérer des concepts mathématiques extrêmement complexes, à la grande surprise des scientifiques… Nous allons voir trois récentes découvertes récentes sur le sujet… La dernière est simplement incroyable.

Reprenons de zéro…

Le concept de zéro peut nous paraître plutôt facile à saisir, mais est relativement récent dans l’histoire humaine. Il semble que le symbole zéro soit apparu vers 200 avant J.C. chez les Babyloniens, puis chez les Grecs anciens, et en parallèle chez les Mayas [1].

C’est que ce n’est pas si évident de représenter quelque chose qui n’existe pas par définition, et encore moins de déduire des règles mathématiques à partir du néant.

Dans son étude sur la genèse du zéro [2], Nieder explique que l’acquisition du zéro passe par 4 étapes:

  • dans son stage primitif, le zéro désigne simplement l’absence de quelque chose (« rien »).
  • Dans le stage suivant, on comprend que l’absence de quelque chose peut être représentée dans une catégorie (opposée à la catégorie « quelque chose »).
  • Au troisième degré, le « rien » est perçu comme une quantité, au même titre que 2, 5 ou 47, et correspond à la quantité minimale.
  • Dans le dernier niveau de compréhension du zéro, qui est notre niveau actuel, le zéro acquiert une représentation symbolique (« 0 ») est intervient dans l’arithmétique.
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La compréhension du concept du zéro n’est pas une spécificité humaine. Elle a été démontrée chez plusieurs vertébrés, comme chez le perroquet gris [3], les singes rhésus [4] et les chimpanzés [5].

Pas de zéro pointé pour les abeilles

Dans une étude publiée en 2018 [6], Howard et al. ont démontré que des invertébrés minuscules étaient capables de gérer le concept complexe du zéro : les abeilles.

Les chercheurs ont d’abord appris aux abeilles à dominer le concept de « plus grand que  » ou « plus petit que » en leur présentant des carrés blancs sur lesquels figuraient un certaine nombre d’éléments en noir (maximum 5).

Aucun problème pour les abeilles qui comptent les symboles, choisissent la bonne réponse, et atteignent rapidement un taux de réussite d’au moins 80%.

Ils les ont ensuite mis en présence de carrés totalement blancs (donc avec zéro élément).

Les abeilles ont spontanément compris que ces carrés contenaient moins d’éléments que les autres.

L’expérience a ensuite cherché à déterminer si elles faisaient bien la différence entre le zéro et le 1, ce qui n’est pas si évident chez beaucoup d’animaux. Et elles y arrivent.

Les abeilles sont également sensibles à l’effet de distanciation numérique : elles arrivent plus facilement à dire quelle quantité est la plus grande (ou la plus petite) si l’écart entre les quantités est grand.

Nous y sommes aussi sensibles : si vous devez indiquer laquelle des deux assiette contient le plus de petits pois, il est plus facile de répondre si la différence est grande (1 petit pois contre 9 petits pois) plutôt que faible (8 petits pois contre 9 petits pois).

Apprentissage du concept de zéro chez les abeilles
Représentation graphique du protocole expérimentale et résultats. Howard et al. 2018

Cette capacité à comprendre le concept du zéro et à placer le zéro en relation avec d’autres valeurs numériques témoigne d’un phénomène de convergence évolutive : les perroquets gris, les abeilles et les humains possèdent des cerveaux aux architectures très différentes, mais tous capables à leur manière d’appréhender le concept du zéro.

Les abeilles s’attachent aux quantités

En 2019, une nouvelle étude s’est intéressée à l’utilisation de la numérosité absolue ou relative chez les abeilles [7].

L’expérience utilise en labyrinthe en Y (voir article sur les concepts chez les abeilles).

Les abeilles doivent choisir l’une des deux branches du labyrinthe. Au bout de chacune se trouve une image contenant 2 ou 3 tâches noires.

Si elles choisissent le 2, c’est raté et la solution qui s’y trouve a un goût amer (elle contient de la quinine). Si elles choisissent le 3, jackpot, elles peuvent boire une goutte d’eau sucrée.

Abeilles: Schéma du labyrinthe en Y
Schéma du labyrinthe en Y. Bortot et al. 2019

L’emplacement, la disposition des tâches sur l’image et leur taille varient aléatoirement entre chaque essai.

Une fois rodées, on les met en présence d’une image avec 4 tâches et d’une image avec 3 tâches.

Les abeilles choisissent le 3.

En d’autres termes, elles ont retenu que la bonne réponse était l’image contenant exactement 3 tâches, et non celle avec le moins de tâches.

Contrairement à ce qui s’observe chez les vertébrés [8], les abeilles préfèrent discriminer les nombres de manière absolue plutôt que relative.

Note : En faisant l’expérience d’abord avec 3 et 4, puis avec 2 et 3, les résultats sont similaires.

Le fait que les abeilles soient sensibles à la valeur d’un nombre suggèrent qu’elles sont dotées de circuits neuronaux dédiés aux nombres, comme c’est le cas chez les primates et les corvidés [9].

Abeille en train de butiner
Crédit photo: Boris Smokrovic (Unsplash)

Les abeilles savent calculer…

Cette découverte est sans aucun doute la plus impressionnante de toutes.

En 2019, Howard et son équipe ont poussé les expériences sur les abeilles à un niveau supérieur : les opérations arithmétiques [10].

Ils ont repris leur labyrinthe en Y…

À l’entrée, une image présente un certain nombre d’éléments, de forme et taille variable (jusqu’à 5). Ils ont soit tous jaunes, soit tous bleus.

Une fois dans le labyrinthe, les abeilles doivent choisir l’un des deux embranchements.

D’un côté, une solution sucrée (miam), de l’autre, une solution avec de la quinine (beurk).

Pour trouver quel côté contient la récompense, les abeilles doivent faire des maths.

Si la couleur d’entrée était jaune, il faut retirer 1 au nombre d’éléments initial.

Si c’est du bleu, il faut rajouter 1.

Abeilles : Apprentissage de la soustraction et de l'addition
Apprentissage de la soustraction (jaune) et de l'addition (bleu). Howard et al. 2019

Les capacités cognitives nécessaires à réussir un tel test sont élevées.

D’abord, il faut être capable de se représenter une quantité, et on a vu précédemment que les abeilles en étaient capables. Ensuite, il faut pouvoir utiliser cette connaissance dans ce qu’on appelle la mémoire de travail. En effet, le nombre auquel il faut ajouter ou soustraire 1 n’est pas visible lorsqu’elles effectuent le calcul. En conséquent elles doivent le mémoriser en tant que concept abstrait.

Cette étude n’a pas fait intervenir des quantités supérieure à 5, mais les chercheurs envisagent d’aller plus loin et de vérifier si les abeilles peuvent résoudre des problèmes arithmétiques plus poussés…

Les abeilles réussissent à manier des concepts abstraits, à effectuer des opérations arithmétiques, et à apprendre la signification symbolique associée à un stimuli visuel (la couleur des motifs).

abeille en train de butiner
Crédit photo : Dmitry Grigoriev (Unsplash)

Ces découvertes sont absolument renversantes et amènent à revisiter totalement l’idée selon laquelle un gros cerveau serait nécessaire à l’obtention de capacités cognitives avancées.

Les abeilles ne sont probablement pas un exception, et on peut s’attendre à bien d’autres surprises…

  1. Boyer, C. B. (1944). Zero: The Symbol, the Concept, the Number. National Mathematics Magazine, 18(8), 323. doi:10.2307/3030083
  2. A. Nieder, Trends in Cognitive Sciences, November 2016, Vol. 20, No. 11., 830-842, http://dx.doi.org/10.1016/j.tics.2016.08.008
  3. Irene M. Pepperberg et Jesse D. Gordon, « Number comprehension by a grey parrot (Psittacus erithacus), including a zero-like concept », Journal of Comparative Psychology, vol. 119, no 2,‎ , p. 197-209 (DOI 10.1037/0735-7036.119.2.197).
  4. D. J. Merritt, R. Rugani R et E. M. Brannon, « Empty sets as part of the numerical continuum: conceptual precursors to the zero concept in rhesus monkeys », Journal of Experimental Psychology. General, vol. 138, no 2,‎ , p. 258-269 (DOI 10.1037/a0015231).
  5. Biro, D., & Matsuzawa, T. (2001). Use of numerical symbols by the chimpanzee (Pan troglodytes): Cardinals, ordinals, and the introduction of zero. Animal Cognition, 4(3-4), 193–199. doi:10.1007/s100710100086 
  6. Scarlett R. Howard, Aurore Avarguès-Weber, Jair E. Garcia1, Andrew D. Greentree et Adrian G. Dyer1, « Numerical ordering of zero in honey bees », Science, vol. 360, no 6393,‎ , p. 1124-1126 (DOI 10.1126/science.aar4975).
  7. Bortot M, Agrillo C, Avarguès-Weber A, Bisazza A, Miletto Petrazzini ME, Giurfa M. 2019. Honeybees use absolute rather than relative numerosity in number discrimination. Biol. Lett. 15: 20190138. http://dx.doi.org/10.1098/rsbl.2019.0138
  8. Miletto Petrazzini ME, Agrillo C, Izard V, Bisazza A. 2016. Do humans (Homo sapiens) and fish (Pterophyllum scalare) make similar numerosity judgments? J. Comp. Psychol. 130, 380–390. (doi:10.1037/com0000045)
  9. Nieder A. 2018 Evolution of cognitive and neural solutions enabling numerosity judgements: lessons from primates and corvids. Phil. Trans. R. Soc. B 373, 20160514. (doi:10.1098/rstb.2016.0514)
  10. S. R. Howard, A. Avarguès-Weber, J. E. Garcia, A. D. Greentree, A. G. Dyer, Numerical cognition in honeybees enables addition and subtraction. Sci. Adv. 5, eaav0961 (2019).

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