En passant le cerveau de l’abeille au tamis de l’imagerie fonctionnelle, les chercheurs espèrent comprendre comment fonctionne la mémoire humaine.

 

Le minuscule cerveau de l’abeille ne mesure qu’un millimètre cube. Il maîtrise pourtant la navigation, la communication et l’apprentissage.

Comment y parvient-t-il ?
La question obsède les neuroscientifiques, convaincus que ce modèle animal peut apporter des contributions décisives à la compréhension de certains principes fondamentaux de la cognition humaine.

 

« Lorsque les animaux et les humains apprennent, les circuits neuronaux du cerveau changent et établissent ainsi une trace mnésique, c’est-à-dire une trace de la mémorisation. Cela permet à l’individu de mieux maîtriser son comportement dans l’avenir, explique le professeur Randolf Menzel, directeur de l’Institut de Neurobiologie de l’Université Libre de Berlin qui a été plusieurs fois récompensé pour ses travaux sur les mécanismes de la mémoire.

La difficulté que nous avons à identifier les zones de mémoire dans le quadrillage de plusieurs milliers de neurones tient au fait que les neurones impliqués dans l’apprentissage ne peuvent pas être directement observée quand ils créent cette trace mnésique ».

D’où l’intérêt de travailler sur le cerveau de l’abeille qui dispose d’un système nerveux relativement simple mais très efficace : elle identifie des points de repère pour naviguer sur son territoire, associe les odeurs, les couleurs, les formes et les emplacements des fleurs qui offrent du nectar et du pollen, échange avec ses congénères pour indiquer la direction et la distance de ses trouvailles.

Son comportement d’apprentissage est remarquablement élaboré car elle sait généraliser des modèles visuels (par exemple, la symétrie ou l’asymétrie) sur la base de caractéristiques communes, et ajuster ses décisions en fonction de signaux perçus ou de la situation dans laquelle elle se trouve.

Le chercheur s’est livré à un exercice tout à fait étonnant pour comprendre ce qui se passe dans le cerveau de l’insecte en fonctionnement : il a simplement fouillé sous son crâne avec un appareil d’imagerie.

« Nous stimulons l’abeille par une odeur, explique-t-il, puis nous observons, grâce à un colorant qui se fixe au calcium libéré à l’intérieur des neurones lorsqu’ils sont activés, quels sont ceux qui sont excités et comment cette excitation évolue en fonction de l’apprentissage ».

Randolf Menzel a pu ainsi tracer le parcours de la mémoire : les antennes reçoivent les stimuli, puis 5 à 7 neurones (sur 950.000 que contient le cerveau de l’abeille) s’activent pour diriger l’information vers une zone précise du lobe antennaires appelé le corps champignon.

« Cette zone minuscule qui contient moins de 160.000 cellules nerveuses, renferme tous les secrets de la mémoire », fond le chercheur. Pour tenter de comprendre ce qu’il s’y passe et en tirer un schéma d’excitation du cerveau pendant l’encodage, il s’est intéressé à l’activité d’un neurone de cette zone baptisé PE1.

« Nous avons constaté que les phases de la mémoire sont directement liées à des chaînes de réaction spécifique de molécules de signal dans les neurones impliqués dans la création de cette mémoire. Certaines enzymes (les protéines kinases) jouent un rôle clé dans ce processus : leur activation provoque une modification fonctionnelle dans les molécules existantes et plus tard la synthèse de nouvelles protéines, créant ainsi de nouvelles structures ».

Conclusion du chercheur : le contenu de la mémoire n’est pas stockée dans des molécules spéciales comme certains scientifiques le suggèrent, mais retenu dans le schéma de changements des circuits créés par des molécules communes.

L’étude du fonctionnement neurologique du cerveau de l’abeille offre d’autres surprises aux chercheurs. En étudiant la façon dont les 50.000 individus d’un essaim prennent la décision de déménager, une équipe de scientifiques américains de l’université de l’Ohio a ainsi découvert un processus qu’elle assimile au fonctionnement des cellules du cerveau humain.

 

Un essaim d’abeilles se constitue toujours à partir d’un autre essaim : lorsque la place manque, la reine cesse de pondre, et les ouvrières partent à la recherche d’un lieu pour y installer une nouvelle colonie. Selon la modélisation réalisée par les scientifiques, le choix de cet emplacement n’appartient ni à la reine, ni aux ouvrières, mais résulte d’un processus de décision collective complexe similaire au fonctionnement d’un neurone.

Une patrouilleuse évalue ainsi l’endroit, puis revient communiquer ses informations à la colonie par une succession de danses dont l’intensité croît en proportion de l’intérêt qu’elle y a trouvé. Puis d’autres patrouilleuses l’accompagnent pour examiner le lieu, et ainsi de suite jusqu’à ce qu’un quorum soit atteint. A l’inverse, lorsqu’une exploratrice n’est pas d’accord avec le rapport positif de la première abeille, la valeur de l’endroit décroît rapidement auprès de l’essaim.

 

« On peut voir dans ce processus de nombreuses similarités avec l’organisation fonctionnelle du cerveau des vertébrés, explique Kevin Passino qui a réalisé cette modélisation dans son département d’ingénierie électrique et d’informatique : interconnexions entre des sous-unités, informations parallèles, interférences, inhibitions, réactions à des stimuli, concentration d’activités…

Le niveau d’activité d’un neurone peut être par exemple comparé au nombre de figures qu’effectue l’abeille pour passer l’information à l’essaim. Plus l’activité est forte, meilleure seront ses chances de convaincre d’autres neurones d’adhérer à sa cause ». Le fondement même de la pédagogie.

Article rédigé par Paul Molga
Journaliste aux Echos