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Mini Cerveau Méga- Performances

Le  Professeur Dr. Martin Giufra travaille au Centre de Recherches sur la Cognition Animale à Toulouse, France. Il est spécialiste de neurobiologie et plus particulièrement de neuro-cognition chez les invertébrés. L’équipe de chercheurs qu’il dirige s’est penchée sur les méga performances de capacité d’apprentissage du mini-cerveau de l’abeille.

Le cerveau de l’abeille est plastique

L’abeille est un insecte éminemment social qui a développé des stratégies de communication mais qui a également des capacités de mémoire, de plasticité comportementale en rapport avec la recherche de nourriture. Les premières observations ont été rapportées par Aristote qui avait remarqué la faculté des abeilles à butiner les mêmes fleurs, appelée constance florale. L’abeille a ainsi une mémoire quant au lieu et à l’espèce florale à visiter. Elle est donc capable d’apprendre la couleur, l’odeur et la forme d’une fleur. L’abeille a de plus la faculté de pouvoir être entraînée et est très coopérative tant qu’elle est gratifiée d’une récompense sucrée. Les chercheurs ont vite compris que cet insecte pouvait être une mine d’or de renseignements sur le fonctionnement de ce mini cerveau de 950'000 neurones pour 1 mm³ (le cerveau de l’homme compte 100 milliards de neurones).

Des tests ingénieux pour comprendre le fonctionnement du cerveau

 

La mémoire peut durer toute leur vie] La recherche a mis au point des protocoles très ingénieux pour étudier l’apprentissage olfactif associatif en laboratoire avec un insecte immobilisé doué du réflexe d’extension du proboscis. Dans un 1er temps, une odeur est présentée à l’insecte puis une récompense sucrée immédiate est associée à l’extension de la trompe. Très rapidement, après 2-3 essais, l’insecte acquiert et mémorise à long terme l’apprentissage « odeur -> extension ». La mise à nu du cerveau de l’abeille par ablation de la cuticule interoculaire permet d’étudier les processus neurologiques induits par l’expérimentation grâce à l’électrophysiologie, à l’imagerie calcique ou autre blocage pharmaco

Le circuit olfactif de l’insecte se compose des antennes, organe de perception olfactive (le nez chez l’homme), avec leurs 60'000 récepteurs olfactifs qui vont envoyer leurs signaux vers les lobes antennaires. Ceux-ci se composent de 160 glomérules, 800 neurones de projection et 4000 interneurones locaux.Ces signaux sont traités localement puis transférés en partie vers d’autres régions (cornes latérales) mais surtout vers les corps pédonculés en forme de champignon (170'000 neurones), site de stockage de la mémoire olfactive ou mieux centres cérébraux multimodaux avec convergence multisensorielle et sortie multimodale combinée, gérant les échanges et transferts entre les différents modules sensoriels visuels, mécanosensoreils, gustatifs, en association étroite avec l’attention et les systèmes de renforcement.

Le corps pédonculé comporte lui-même des micro glomérules supérieurs (olfactifs) et inférieurs (visuels). Les micro glomérules de 3 μm (10−6 m) se composent des neurones de projection en provenance des lobes antennaires, au centre, entourés des cellules de Kenyon, véritables boutons synaptiques doués de plasticité et se modifiant (synaptogénèse) en fonction des apprentissages olfactifs et de leur mémorisation. Ces expériences permettent de conclure que :

  • Le cerveau de l’abeille est plastique (peut donc apprendre et mémoriser).
  • L’architecture synaptique de la lèvre supérieur ou région olfactive des corps pédonculés est modifiée suite à la mémorisation olfactive à long terme.
  • Ces modifications organiques dépendent de la synthèse protéique.
  • L’activité olfactive accrue suite à l’apprentissage induit une augmentation des connexions entre les neurones olfactifs et un plus grand nombre de micro glomérules.
  • Ces micro glomérules peuvent donc stocker la mémoire olfactive.

Les abeilles sont-elles capables de résoudre de problèmes non linéaires de haut niveau ?

Les corps pédonculés ne se limitent pas à stocker la mémoire mais sont des structures cruciales pour les apprentissages de haut niveau. On peut anesthésier de façon réversible les corps pédonculés et expérimenter la discrimination non linéaire ou ambigüe avec inhibition de la réponse réflexe (patterning négatif : A+, B+, versus AB-). L’expérimentation montre que l’anesthésie des corps pédonculés bloque les capacités d’apprentissage de la discrimination non linéaire alors que la discrimination linéaire est conservée.

 

En conclusion : Les corps pédonculés sont nécessaires pour la résolution des problèmes de haut niveau (non linéaires) mais sont accessoires pour les problèmes élémentaires (linéaires). Comme chez les vertébrés, il existe des structures neurales dédiées aux apprentissages de haut niveau et d’autres intervenant dans les apprentissages simples qui permettent à l’abeille de résoudre le problème, indépendamment du type de stimuli employé. Elles peuvent aussi apprendre à choisir en fonction d’un concept de différence.

L’impact de traitements pesticides sur la capacité d’apprendre

La question pertinente est : qu‘arrive-t-il aux corps pédonculés quand les abeilles sont traitées avec des doses sublétales de pesticides ?

Les expériences de Peng & Yang (2016) démontrent que les pesticides peuvent influencer la mémorisation olfactive à long terme. Les conséquences pour l‘apprentissage et la mémoire sont dramatique, car l’abeille n’est plus capable de mémoriser les sources de nourriture.

En résumé, le cerveau d’une abeille est formé d’un réseau de neurones et de structures neurales identifiables, capables de produire des comportements stéréotypés mais également des comportement plastiques allant au-delà de l’apprentissage élémentaire. Des modifications cérébrales dépendantes de l’expérience peuvent être prouvées (=plasticité). Le cerveau de l’abeille est donc performant et admirable ainsi il permet de comprendre les mécanismes de base de certains processus cognitifs primitifs. Malheureusement, avec des pesticides, cette plasticité peut être altéré et affaiblir une colonie de manière importante.

 

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Author:Résumé de la conférence du Prof. Dr. Giurfa par C. Pfefferlé et S. Imboden
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