Communiqué de presse

Cap sur le système de navigation des fourmis
Les résultats publiés dans Nature pourraient séduire les roboticiens

Paris, le 25 juin 1999
 
La majorité des insectes hyménoptères (fourmis, abeilles, guêpes) suivent des routes familières entre leur nid et des sites de nourriture, souvent guidés par des repères visuels terrestres. Ce fait était connu grâce aux expériences de laboratoire utilisant jusqu'à trois repères très différents par leur forme, leur couleur et leur taille. Aujourd’hui, une équipe du Laboratoire d’éthologie et de psychologie animale (CNRS - université Paul Sabatier à Toulouse), en collaboration avec un chercheur britannique, vient de montrer, chez la fourmi méditerranéenne Cataglyphis cursor, la capacité de mémoriser plusieurs repères, même peu différents les uns des autres, et de les utiliser aux endroits appropriés de leurs routes souvent longues et complexes. Grâce à un mécanisme comportemental qui leur permet d'alléger le traitement de l'information. Cette étude est publiée cette semaine dans la revue Nature.

Les éthologistes avaient déjà établi que lorsqu’une fourmi se déplace, elle détermine à chaque instant un “ vecteur d'intégration du trajet ”. Ce mécanisme comportemental basé sur l'utilisation d'un compas astronomique (lumière polarisée) lui permet d’estimer ainsi la distance et la direction qui la relient en “ droite ” ligne à son point de départ, c’est-à-dire le plus court chemin du retour. Par la prise en compte de ses mouvements de rotation et de translation, elle actualise en permanence ce vecteur qui décroît jusqu'à s'annuler à l'arrivée au nid. Cette diminution signale à la fourmi qu'elle se rapproche de son but. Ce mécanisme peut-il aussi déclencher l'apprentissage des repères visuels environnants ?
Dans le laboratoire toulousain, les chercheurs entraînent les fourmis à retourner efficacement au nid en traversant un labyrinthe constitué de quatre boîtes successives (voir figure). Chaque boîte est entaillée de deux issues indiquées chacune par un repère visuel noir sur fond blanc ne différant de l’autre que par la forme géométrique : rond / croix, étoile / carré, rectangle / triangle et losange / ovale). Une seule de ces issues conduit à la boîte suivante. Après quelques séances d’entraînement, les fourmis choisissent sans hésiter la séquence de repères pertinents (rond, étoile, rectangle, losange), capable de les ramener au nid, ainsi que la position respective de ces repères le long du parcours. C’est l’apprentissage.
Se pose alors la question des mécanismes mis en œuvre par un animal, a priori aussi simple qu'une fourmi - quelques milliers de neurones pour un volume cérébral d'environ 1 mm3 - pour apprendre et mémoriser des informations aussi complexes, c’est-à-dire des suites d’images.
Cette question a fait l'objet de plusieurs expériences au laboratoire toulousain, au cours desquelles les fourmis doivent revenir au nid en traversant des labyrinthes de différentes formes. Ces obstacles les contraignent à se déplacer dans plusieurs directions successives en accord ou non avec celle donnée par leur vecteur d'intégration. Selon les résultats, l'apprentissage des formes visuelles apparaît uniquement lorsque les fourmis se rapprochent de leur nid, dans la direction indiquée par leur vecteur d'intégration. En revanche, les fourmis apprennent pendant tout leur parcours une séquence de routines motrices correspondant à la progression imposée par le labyrinthe.
Lors de ses premières sorties, l'insecte mémoriserait une suite de séquences motrices, y compris pour les segments du trajet au cours desquels le vecteur d'intégration ne décroît pas (lors de déviations forcées notamment). Cet apprentissage moteur serait particulièrement économique pour le traitement de l'information au sein du système nerveux.
L'apprentissage de repères visuels est, lui, astreint à des règles différentes. Les fourmis évitent l'apprentissage spéculatif de scènes visuelles en filtrant les informations pertinentes grâce au vecteur d'intégration du trajet. Alors que l'apprentissage moteur se met en place sur l'ensemble du parcours, dès que l'insecte se met en quête du nid, l'apprentissage visuel n'est déclenché que si le déplacement induit effectivement un rapprochement du nid. Ce signal supplémentaire émanant du vecteur d'intégration permettrait l'apprentissage simultané et indépendant des différentes scènes visuelles perçues le long de la route.
L'utilisation des mécanismes d'intégration du trajet comme guide autorise un apprentissage rapide de différentes routes chez des insectes à espérance de vie courte et minimise la charge de mémoire nécessaire à l'accomplissement de cette tâche. Ce mode de navigation fiable, robuste et efficace souligne, une nouvelle fois, la valeur du modèle “ fourmi ” pour tout système biologique ou artificiel de navigation autonome. Des résultats qui intéressent non seulement les biologistes, mais aussi les informaticiens et les roboticiens.

Référence de l’article :
S. Chameron, G. Beugnon B. Schatz, T.S. Collett. " The use of path integration to guide route learning in ants ". Nature, 24 juin 1999, Vol. 399, N° 6738

Contact chercheurs :
Guy Beugnon
Laboratoire d’Ethologie et de Psychologie animale
CNRS-Université Paul Sabatier, Toulouse
Tél : 33 5 61 55 62 29
Mél : beugnon@mail.cict.fr

Contact département des Sciences de la vie du CNRS :
 Thierry Pilorge
Tél. : 33 1 44 96 40 26
Mél. : thierry.pilorge@cnrs-dir.fr

 

 

Page précédente