L'étonnante intelligence des abeilles se dévoile

De nombreux travaux ont montré que les abeilles, au-delà de leur capacité d'apprendre des associations simples entre couleurscouleurs 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 (capables, par exemple, de reconnaître des visages sur des photographiesphotographies), l'équipe de Martin Giurfa et Jean-Marc Devaud au Centre de recherche sur la cognitioncognition animale, en collaboration avec des chercheurs du laboratoire Évolution, génomegénome, comportement et écologie et de l'université Libre de Berlin, a 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 sucresucre mais, chaque fois que A et B étaient présentés 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 ».

Réflexe d’extension du proboscis (langue) chez l’abeille face à une odeur apprise. Les abeilles sont entraînées à associer une odeur à 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

Le rôle clé des corps pédonculés

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 (mushroom bodies, en anglais), 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 cerveaucerveau. En bloquant ces régions par des injections d'un anesthésiqueanesthésique local, les chercheurs ont montré qu'elles sont indispensables à la résolutionrésolution des discriminations olfactives non linéaires comme celle décrite ci-dessus. En revanche, l'absence de corps pédonculés n'a pas empêché les abeilles d'apprendre des discriminations olfactives plus simples.

Les résultats de cette étude publiée dans la revue Pnas 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.

Cerveau de l’abeille en vue frontale. En rouge les corps pédonculés, structures cérébrales de haut niveau nécessaires à l’apprentissage de discriminations non linéaires. Le blocage de ces structures entraîne une incapacité à résoudre ces discriminations mais n'empêche pas la résolution de discriminations simples. © R. Menzel, Freie Universitaet, Berlin

Qu'y a-t-il de si particulier dans les corps pédonculés qui les rende essentiels à des apprentissages complexes ? Des boucles de rétrocontrôle existent au niveau de ces structures, établies par des neuronesneurones qui libèrent une substance inhibitrice appelée GABA (acide gamma-aminobutyriqueacide gamma-aminobutyrique). Les chercheurs ont montré que l'inhibitioninhibition pharmacologique de ces boucles empêche l'apprentissage des discriminations non linéaires. Ainsi, si les corps pédonculés sont nécessaires pour des tâches 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 lumièrelumière sur les réseaux neuronaux minimaux nécessaires pour la résolution de problèmes complexes et ouvrent des perspectives intéressantes pour des travaux d'intelligence artificielle et robotiquerobotique. Ils soulignent aussi le caractère exceptionnel des abeilles qui méritent une protection environnementale accrue face aux disparitions massives qui les menacent.