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Bien qu’étudiées depuis de nombreuses années, les abeilles ne cessent d’étonner les scientifiques par l’étendue de leurs capacités cognitives. Après avoir découvert qu’elles comprennent le concept du zéro et qu’elles sont capables d’effectuer des opérations mathématiques basiques, une nouvelle étude révèle que les abeilles savent également faire correspondre correctement des symboles à des quantités numériques.

Les chercheurs ont entraîné des abeilles à faire correspondre un symbole à une quantité spécifique, révélant qu’elles sont capables d’apprendre qu’un symbole représente une quantité numérique. Cette découverte, publiée dans la revue Proceedings of the Royal Society B, jette une lumière nouvelle sur la façon dont les capacités numériques ont pu évoluer au cours des millénaires et ouvre même de nouvelles possibilités de communication entre les humains et les autres espèces.

La découverte, effectuée par la même équipe franco-australienne qui a découvert que les abeilles comprennent le concept du zéro et peuvent effectuer des calculs simples, représente également une nouvelles approche pour l’informatique bio-inspirée pouvant reproduire le traitement hautement efficace d’informations par le cerveau.

Associer des symboles à des nombres : une première chez les insectes

Selon le professeur associé Adrian Dyer, alors que les humains étaient la seule espèce à avoir mis au point des systèmes pour représenter les nombres, comme les chiffres arabes que nous utilisons chaque jour, les recherches montrent que le concept peut être saisi par des cerveaux beaucoup plus petits que le nôtre.

« Nous prenons cela pour acquis une fois que nous avons appris nos chiffres en tant qu’enfants, mais être capable de reconnaître ce que représente par exemple 4 nécessite en réalité un niveau sophistiqué de capacités cognitives » déclare  Dyer. « Des études ont montré que les primates et les oiseaux peuvent aussi apprendre à associer des symboles à des chiffres, mais c’est la première fois que nous voyons cela chez les insectes ».

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Lors d’expériences précédentes, les chercheurs ont démontré que les abeilles maîtrisaient des concepts mathématiques basiques comme le zéro. Sur cette image, une abeille choisit un ensemble vide, correspondant à la valeur zéro.  Crédits : Scarlett Howard/RMIT University

« Les humains ont plus de 86 milliards de neurones dans leur cerveau, les abeilles en ont moins d’un million et nous sommes séparés par plus de 600 millions d’années d’évolution. Mais si les abeilles ont la capacité d’apprendre quelque chose d’aussi complexe qu’un langage symbolique créé par l’Homme, cela ouvre de nouvelles voies passionnantes pour la communication future entre les espèces ».

Des études ont montré qu’un certain nombre d’animaux non humains ont pu apprendre que les symboles peuvent représenter des nombres, notamment les pigeons, les perroquets, les chimpanzés et les singes. Certains de leurs exploits ont été impressionnants — les chimpanzés ont appris les chiffres arabes et ont pu les organiser correctement, tandis qu’un perroquet gris du Gabon appelé Alex a pu apprendre les noms des nombres et en résumer les quantités.

Des abeilles entraînées à établir des correspondances entre symboles et quantités numériques

La nouvelle étude montre pour la première fois que cette capacité cognitive complexe ne se limite pas aux vertébrés. L’expérience sur les abeilles a été menée par le Dr Scarlett Howard, chercheuse au laboratoire de détection numérique Bio Inspired (BIDS-Lab) du RMIT et actuellement membre du Centre de recherche sur la cognition animale de l’Université Toulouse III – Paul Sabatier.

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Schéma décrivant le protocole expérimental utilisé par les chercheurs. Crédits : Scarlett R. Howard et al. 2019

Dans un labyrinthe en forme de Y, les abeilles ont été entraînées à faire correspondre un symbole à plusieurs éléments. Elles ont ensuite été testées pour savoir si elles pouvaient appliquer leurs nouvelles connaissances pour faire correspondre le symbole à différents éléments de la même quantité (de la même manière que « 2 » peut représenter deux bananes, deux arbres ou deux chapeaux). Un deuxième groupe a été formé à l’approche opposée, associant un certain nombre d’éléments à un symbole.

Alors que les deux groupes ont pu réaliser leur objectif spécifique avec succès, ils se sont cependant montrés incapables d’inverser l’association et de déterminer ce qu’il fallait faire lorsqu’ils étaient testés avec le contraire (symbole à nombre ou nombre à symbole).

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Dans ce dispositif expérimental en forme de Y, les abeilles ont été entraînées à associer des symboles à des quantités, et vice-versa. Si chaque groupe a rempli sa tâche avec succès, ils se sont cependant montrés incapables d’effectuer le travail inverse. Crédits : RMIT University

Sur le même sujet : Les abeilles rejoignent un groupe d’espèces d’élite, qui comprend le concept du zéro comme étant un nombre

« Cela suggère que le traitement des nombres et la compréhension des symboles se produisent dans différentes régions du cerveau des abeilles, de la même manière que le traitement est séparé dans le cerveau humain » déclare Howard. « Nos résultats montrent que les abeilles domestiques ne sont pas au même niveau que les animaux qui ont pu apprendre les symboles en tant que nombres et effectuer des tâches complexes ».

Une voie prometteuse pour l’informatique bio-inspirée

« Mais les résultats ont des implications sur ce que nous savons de l’apprentissage, l’inversion des tâches et sur la manière dont le cerveau crée des connexions et des associations entre les concepts. Découvrir comment des cerveaux miniatures peuvent saisir ces habiletés numériques complexes nous aidera à comprendre comment la pensée mathématique et culturelle a évolué chez les humains et, éventuellement, chez d’autres animaux ».

L’étude du cerveau des insectes offre des possibilités fascinantes pour la conception future de systèmes informatiques hautement efficaces, selon Dyer. « Lorsque nous cherchons des solutions à des problèmes complexes, nous constatons souvent que la nature a déjà fait le travail de manière beaucoup plus élégante et efficace. Comprendre comment de petites informations sont gérées par le cerveau des abeilles ouvre la voie à des solutions bio-inspirées utilisant une fraction de la puissance des systèmes de traitement conventionnels » conclut-elle.

Sources : Proceedings of the Royal Society B

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