Apprendre avec un cerveau miniature : ce que l’abeille révèle aux neurosciences

1. L’essentiel en bref

• Cette revue montre que l’abeille mellifère n’apprend pas seulement par association simple : elle peut aussi résoudre certaines tâches ambiguës et généraliser des apprentissages.
• Le conditionnement olfactif du réflexe d’extension du proboscis reste l’un des modèles les plus solides pour relier comportement, neurones et mémoire.
• Les corps pédonculés jouent un rôle important dans les apprentissages complexes, mais leur interprétation comme « centre de la cognition supérieure » doit rester prudente.
• Les résultats les plus spectaculaires — zéro, arithmétique, ligne mentale des nombres — existent dans des protocoles contrôlés, mais restent discutés.
• Au rucher, l’intérêt est surtout d’aider à mieux comprendre orientation, butinage, reconnaissance des repères et plasticité du comportement, sans en faire une nouvelle règle de conduite apicole.

2. Ce que montre l’étude

Fig 1: Associations CS-US dans le cerveau de l’abeille mellifère.
(a) Schéma d’une vue frontale du cerveau de l’abeille montrant les voies centrales olfactives (CS, en bleu à gauche) et celles liées au saccharose (US, en rouge à droite).

Voie CS : les neurones sensoriels olfactifs transmettent l’information au cerveau par le nerf antennaire (AN). Dans le lobe antennaire (AL), ces neurones établissent des synapses, au niveau des glomérules (Gl), avec des interneurones locaux (non représentés) et des neurones de projection (Pn), qui transmettent l’information olfactive vers des centres de traitement supérieurs : le lobe latéral (LH) et les corps pédonculés (MB). Les corps pédonculés sont interconnectés par des tractus commissuraux (en violet).

Voie US : ce circuit est partiellement représenté par le neurone VUMmx1, dont le corps cellulaire se situe dans la zone sous-œsophagienne (SEZ) et qui converge avec la voie CS en trois sites principaux : le lobe antennaire (AL), le lobe latéral (LH) et les corps pédonculés (MB). CC : complexe central. Adapté de Menzel et Giurfa (2001).

(b) Schéma de la localisation et de la distribution des associations CS-US dans le cerveau de l’abeille. ORNs : neurones récepteurs olfactifs ; GRNs : neurones récepteurs gustatifs. La ligne en pointillés entre les GRNs et VUMmx1 indique que cette partie du circuit reste en réalité inconnue. (Source: Giurfa, M. (2025))

Ce chapitre résume la revue de Martin Giurfa sur l’apprentissage et la mémoire chez l’abeille mellifère. (Image: Giurfa, M. (2025))

Question. L’article de Martin Giurfa pose une question centrale : jusqu’où peut aller la cognition d’un animal doté d’un cerveau miniature, d’un volume inférieur à 1 mm³ et comprenant environ un million de neurones ? La revue cherche à montrer comment l’abeille mellifère est devenue un modèle expérimental majeur pour étudier l’apprentissage, la mémoire et certaines formes de cognition plus complexes (Giurfa, 2025).

Méthode. L’article est une revue scientifique, et non une étude expérimentale unique. Il rassemble plusieurs décennies de travaux autour de deux grands types de protocoles. Le premier concerne des abeilles libres, entraînées à choisir des cibles visuelles associées à une récompense sucrée : couleurs, formes, motifs, positions ou objets virtuels. Le second concerne des abeilles immobilisées en laboratoire, chez lesquelles on conditionne le réflexe d’extension du proboscis. Dans ce protocole, une odeur est associée à une solution sucrée ; si l’apprentissage réussit, l’odeur seule finit par déclencher l’extension du proboscis.

Résultats. Le conditionnement olfactif permet de suivre de manière précise les voies nerveuses impliquées. Les odeurs sont traitées depuis les antennes vers les lobes antennaires, puis vers les corps pédonculés et le lobe latéral. La récompense sucrée est représentée, dans les travaux historiques présentés par l’auteur, par le neurone VUMmx1, un neurone octopaminergique qui projette vers ces mêmes régions. Cette convergence fournit une base anatomique et fonctionnelle à l’association entre odeur et récompense. L’article souligne aussi que l’apprentissage modifie le codage neuronal des odeurs, notamment dans les lobes antennaires et les corps pédonculés.

La revue présente ensuite des apprentissages plus complexes. Les abeilles peuvent résoudre des discriminations dites non élémentaires, par exemple lorsque deux odeurs A et B sont récompensées séparément, mais que leur mélange AB ne l’est pas. Ce type de tâche impose de traiter le mélange comme plus qu’une simple addition de ses composants. Selon les travaux résumés par Giurfa, les corps pédonculés sont particulièrement impliqués dans ces discriminations ambiguës.

L’article rassemble aussi des résultats sur la catégorisation visuelle, les règles relationnelles comme « même » ou « différent », les relations spatiales comme « au-dessus » ou « en dessous », et certaines performances numériques. Dans ces protocoles, des abeilles entraînées avec certains stimuli peuvent parfois transférer leur apprentissage à de nouveaux stimuli. Giurfa présente ces résultats comme des indices d’une cognition plus souple que ce que l’on attribuait traditionnellement aux insectes.

Interprétation. L’auteur soutient une interprétation forte : certains résultats seraient compatibles avec des concepts, des règles relationnelles, une forme de numérosité et même des opérations simples sur de petites quantités. Cette lecture est stimulante, mais elle n’est pas la seule possible. D’autres chercheurs proposent des interprétations plus sobres, fondées sur la généralisation, les indices visuels continus ou des stratégies d’inspection. L’intérêt de la revue est donc double : elle montre la richesse réelle des apprentissages chez l’abeille, tout en ouvrant une discussion sur ce que l’on peut, ou non, appeler « cognition » dans un cerveau miniature.

3. Regard critique

La revue est riche et utile, mais certaines formulations doivent être lues avec prudence.

Forces de l’étude. La force principale de l’article tient à la qualité du cadre expérimental présenté. Le conditionnement olfactif du réflexe d’extension du proboscis est un modèle robuste, reproductible et très informatif. Il permet de relier une réponse comportementale simple à des voies nerveuses identifiées, à des neuromodulateurs comme l’octopamine et à des modifications du codage neuronal. Pour cette partie, l’état des connaissances est solide.

La revue a aussi le mérite de montrer que l’abeille ne se limite pas à des réflexes. Ses comportements de recherche alimentaire, d’orientation et de reconnaissance reposent sur l’expérience individuelle. Cela aide à comprendre pourquoi une butineuse peut apprendre une source, revenir sur un site, généraliser un repère ou modifier son comportement lorsque les conditions changent.

Limites. La revue est écrite par l’un des acteurs majeurs du domaine. C’est une force, car l’auteur connaît intimement les protocoles et leur histoire. C’est aussi une limite : plusieurs résultats centraux proviennent de son propre réseau de recherche ou de collaborations proches. Le texte met davantage en avant la puissance des découvertes que les controverses méthodologiques qui les entourent.

Une autre limite tient au passage du laboratoire au rucher. Beaucoup de résultats proviennent d’abeilles isolées, entraînées dans des labyrinthes, des dispositifs de réalité virtuelle ou des conditions très contrôlées. Ces protocoles sont indispensables pour comprendre les mécanismes, mais ils ne reproduisent pas toute la complexité d’une colonie en situation naturelle.

Biais ou facteurs de confusion possibles. Les tâches dites conceptuelles ou numériques peuvent parfois être résolues par des stratégies plus simples que celles suggérées par les mots « concept », « arithmétique » ou « compréhension du zéro ». Une abeille peut exploiter des contrastes visuels, des surfaces, des densités de points, des routines de vol ou des séquences d’inspection sans nécessairement manipuler une représentation abstraite comparable à celle d’un humain.

De même, l’inactivation pharmacologique des corps pédonculés montre qu’une région cérébrale est nécessaire dans un protocole donné, mais elle ne dit pas toujours précisément quels neurones, quelles synapses ou quel calcul sont responsables. Une tâche plus difficile peut aussi être plus sensible à une perturbation générale du cerveau : comme chez un humain fatigué, les exercices complexes échouent souvent avant les tâches simples.

Ce qu’on ne peut pas conclure. L’article ne permet pas de conclure que les abeilles « raisonnent » comme des vertébrés, ni qu’elles comprennent les nombres au sens humain du terme. Il ne permet pas non plus de tirer une règle apicole directe sur la disposition des ruches, le nourrissement, la sélection, la lutte contre varroa ou la productivité. Il permet surtout de mieux comprendre les capacités d’apprentissage des butineuses et les mécanismes qui peuvent soutenir l’orientation et le choix des ressources.

Limites de transposition au rucher suisse ou européen. Le contexte de la revue n’est pas celui d’un essai de terrain en Suisse ou en Europe tempérée. Les implications pratiques doivent donc rester modestes. L’article aide à mieux observer et interpréter les comportements des abeilles, mais il ne remplace ni les recommandations sanitaires suisses, ni les observations de terrain, ni les règles de conduite des colonies.

4. Ce que montrent les autres études proches

Les études proches confirment plusieurs mécanismes, tout en nuançant les affirmations les plus ambitieuses. (Image: Giurfa, M. (2025))

Appui mécanistique. Devaud et al. (2015) renforcent l’idée que les corps pédonculés sont nécessaires pour certaines discriminations olfactives complexes. Dans leurs expériences, des abeilles dont les corps pédonculés étaient localement bloqués à la procaïne échouaient dans des tâches de discrimination configurale, alors qu’elles pouvaient encore résoudre des discriminations élémentaires. Cette étude soutient donc bien un rôle particulier des corps pédonculés dans le traitement de l’ambiguïté.

Boitard et al. (2015) apportent une précision importante : le feedback GABAergique vers les calyces des corps pédonculés participe au reversal learning, c’est-à-dire à la capacité de modifier une association précédemment apprise. Ce résultat est cohérent avec l’idée que les corps pédonculés ne servent pas seulement à stocker une association, mais aussi à gérer des situations où la signification d’un stimulus change.

Complément méthodologique. Les modèles computationnels invitent à ne pas surinterpréter ces résultats. Peng et Chittka (2017) montrent qu’un modèle relativement simple du circuit des corps pédonculés peut reproduire des formes d’apprentissage qui paraissent complexes, comme le positive et le negative patterning. Cela ne diminue pas l’intérêt des performances de l’abeille, mais rappelle que des architectures neuronales simples peuvent produire des comportements sophistiqués. Autrement dit : le comportement est réel ; l’interprétation comme « cognition supérieure » est une question d’échelle de description, pas un fait observé directement.

Limites pour les concepts abstraits. Les expériences sur les relations spatiales et les règles abstraites doivent être lues avec prudence. Guiraud et al. (2018) ont montré, par vidéographie à haute vitesse, que des abeilles peuvent transformer une tâche interprétée comme un apprentissage du concept « au-dessus/en dessous » en une discrimination plus simple, fondée sur des mouvements stéréotypés et une inspection séquentielle des éléments. Cela ne nie pas les capacités d’apprentissage de l’abeille, mais réduit la portée de l’interprétation conceptuelle.

Débat sur la cognition numérique. Les travaux sur le zéro, l’addition, la soustraction et la ligne mentale des nombres sont stimulants, mais discutés. MaBouDi et al. (2021) ont montré expérimentalement que, lorsque les indices visuels continus — comme la longueur des bords ou la fréquence spatiale — sont mis en conflit avec le nombre d’éléments, les abeilles suivent les indices continus et non le nombre. Dans certaines tâches, il est donc plus juste de dire qu’elles discriminent des grandeurs visuelles plutôt que des nombres au sens strict.

Le débat est également ouvert pour la ligne mentale des nombres. Pitt et al. (2023) contestent l’interprétation d’une ligne mentale innée gauche-droite chez les abeilles et proposent des explications alternatives liées à la latéralisation visuelle. Giurfa et al. (2023) répondent que les contrôles expérimentaux soutiennent au contraire une interprétation spatiale de la numérosité. La conclusion raisonnable est donc la prudence : il s’agit d’un domaine actif, intéressant, mais non stabilisé.

Pertinence écologique. D’autres études rapprochent davantage la cognition des situations naturelles. Grüter et al. (2011) montrent que la constance florale dépend de récompenses écologiquement réalistes : les butineuses ne sont pas simplement rigides, elles ajustent leur fidélité aux fleurs selon la qualité de la récompense. Dyer et al. (2008) montrent que les abeilles peuvent reconnaître des scènes naturelles complexes comme repères potentiels. Bullinger et al. (2023) montrent que des butineuses appliquent leur mémoire des repères de leur zone d’origine — par exemple des structures linéaires au sol — quand on les déplace dans une zone inconnue. La navigation repose donc aussi sur des éléments structurants généralisables, ce qui est cohérent avec l’attention pratique portée aux repères autour du rucher.

5. Qu’en retenir au rucher ?

Pour l’apiculteur, l’intérêt est surtout d’affiner l’observation, pas de changer directement la conduite des colonies.

• Observer les abeilles comme des animaux capables d’apprentissage aide à mieux comprendre les vols d’orientation, le retour régulier vers une ressource et la fidélité à certains emplacements.
• Les repères visuels autour du rucher méritent attention, surtout lorsqu’on modifie fortement l’environnement immédiat des ruches. L’étude ne donne pas une règle stricte, mais elle rappelle que l’orientation dépend en partie d’indices appris.
• La fidélité florale et le choix des ressources ne doivent pas être vus comme des automatismes fixes. Les butineuses peuvent ajuster leur comportement selon la récompense, l’expérience et les indices disponibles.
• Les résultats sur les « concepts » ou les « nombres » sont fascinants, mais ils restent surtout importants pour la recherche fondamentale. Ils ne suffisent pas à fonder une recommandation apicole pratique.
• Au rucher, ces travaux encouragent une observation plus nuancée : un changement de comportement au trou de vol doit être confronté à d’autres signes — météo, miellée, état de la colonie, pression sanitaire — avant d’être interprété.

Ces éléments ne remplacent pas les recommandations apicoles validées, notamment pour la santé des colonies, la lutte contre varroa, le nourrissement ou l’hivernage. Ils apportent surtout un éclairage sur la plasticité comportementale des abeilles.

Lire l’étude originale

Giurfa, M. (2025). Cognitive neuroscience and miniature brains—Dissecting higher-order learning in the brain of honey bees. Comptes Rendus Biologies, 348, 249–264. https://doi.org/10.5802/crbiol.187

Pour aller plus loin sur ApiSavoir

• Mini Cerveau Méga- Performances
• Comportement et cognition : ce que nous apprend un mini cerveau
• L’intelligence individuelle de l’abeille
• L’abeille sait faire des additions et des soustractions
• Comment les abeilles voient-elles ?
• Aide-mémoire : 4.8.1 Observation au trou de vol

Petit glossaire

CS / stimulus conditionné
Signal appris par l’abeille, par exemple une odeur qui annonce une récompense sucrée.

US / stimulus non conditionné
Stimulus qui déclenche naturellement une réponse, ici la solution sucrée qui provoque l’extension du proboscis.

Réflexe d’extension du proboscis
Réponse par laquelle l’abeille déploie sa langue lorsqu’elle détecte ou anticipe une source sucrée.

Corps pédonculés
Régions du cerveau de l’abeille impliquées dans l’apprentissage, la mémoire et certaines discriminations complexes.

Octopamine
Molécule messagère du système nerveux des insectes, souvent associée au signal de récompense sucrée.

Neurone VUMmx1
Neurone étudié chez l’abeille, impliqué dans la représentation de la récompense sucrée dans certains protocoles de conditionnement.

Apprentissage non élémentaire
Situation où l’abeille ne peut pas se contenter d’associer simplement un signal à une récompense, mais doit traiter une combinaison ou une ambiguïté.

Bibliographie

Boitard, C., Devaud, J.-M., Isabel, G., & Giurfa, M. (2015). GABAergic feedback signaling into the calyces of the mushroom bodies enables olfactory reversal learning in honey bees. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 9, 198. https://doi.org/10.3389/fnbeh.2015.00198

Bullinger, E., Greggers, U., & Menzel, R. (2023). Generalization of navigation memory in honeybees. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 17. https://doi.org/10.3389/fnbeh.2023.1070957

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, E5854–E5862. https://doi.org/10.1073/pnas.1508422112

Dyer, A. G., Rosa, M. G. P., & Reser, D. H. (2008). Honeybees can recognise images of complex natural scenes for use as potential landmarks. Journal of Experimental Biology, 211, 1180–1186. https://doi.org/10.1242/jeb.016683

Giurfa, M. (2025). Cognitive neuroscience and miniature brains—Dissecting higher-order learning in the brain of honey bees. Comptes Rendus Biologies, 348, 249–264. https://doi.org/10.5802/crbiol.187

Giurfa, M., Thevenot, C., & Rugani, R. (2023). Reply to Pitt et al.: Evidence from bees is consistent with a biological origin of a left-to-right mental number line. Proceedings of the National Academy of Sciences, 120, e2306470120. https://doi.org/10.1073/pnas.2306470120

Grüter, C., Moore, H., Firmin, N., Helanterä, H., & Ratnieks, F. L. W. (2011). Flower constancy in honey bee workers (Apis mellifera) depends on ecologically realistic rewards. Journal of Experimental Biology, 214, 1397–1402. https://doi.org/10.1242/jeb.050583

Guiraud, M., Roper, M., & Chittka, L. (2018). High-speed videography reveals how honeybees can turn a spatial concept learning task into a simple discrimination task by stereotyped flight movements and sequential inspection of pattern elements. Frontiers in Psychology, 9, 1347. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2018.01347

MaBouDi, H., Barron, A. B., Li, S., Honkanen, M., Loukola, O. J., Peng, F., Li, W., Marshall, J. A. R., Cope, A. J., Vasilaki, E., & Solvi, C. (2021). Non-numerical strategies used by bees to solve numerical cognition tasks. Proceedings of the Royal Society B, 288, 20202711. https://doi.org/10.1098/rspb.2020.2711

Peng, F., & Chittka, L. (2017). A simple computational model of the bee mushroom body can explain seemingly complex forms of olfactory learning and memory. Current Biology, 27, 224–230. https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.10.054

Pitt, B., Casasanto, D., & Piantadosi, S. T. (2023). No clear evidence for an innate left-to-right mental number line. Proceedings of the National Academy of Sciences, 120, e2306099120. https://doi.org/10.1073/pnas.2306099120