Les colonies de fourmis se comportent comme des réseaux de neurones lors de la prise de décisions

Les températures augmentent et une colonie de fourmis devra bientôt prendre une décision collective. Chaque fourmi sent la chaleur monter sous ses pieds mais continue comme d’habitude jusqu’à ce que, soudainement, les fourmis changent de cap. Tout le groupe se précipite à l’unisson – la décision d’évacuer a été prise. C’est presque comme si la colonie de fourmis avait un esprit collectif plus grand.

Une nouvelle étude suggère qu’en effet, les fourmis en tant que groupe se comportent comme des réseaux de neurones dans un cerveau.

Daniel Kronauer de Rockefeller et l’associé postdoctoral Asaf Gal ont développé une nouvelle configuration expérimentale pour analyser méticuleusement la prise de décision dans les colonies de fourmis. Comme rapporté dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesils ont découvert que lorsqu’une colonie évacue en raison de la hausse des températures, sa décision est fonction à la fois de l’ampleur de l’augmentation de la chaleur et de la taille du groupe de fourmis.

Les résultats suggèrent que les fourmis combinent les informations sensorielles avec les paramètres de leur groupe pour arriver à une réponse de groupe, un processus similaire aux calculs neuronaux donnant lieu à des décisions.

« Nous avons lancé une approche pour comprendre la colonie de fourmis comme un système de type cognitif qui perçoit les entrées et les traduit ensuite en sorties comportementales », explique Kronauer, responsable du Laboratoire d’évolution sociale et de comportement. « C’est l’une des premières étapes pour vraiment comprendre comment les sociétés d’insectes s’engagent dans le calcul collectif. »

Un nouveau paradigme

À son niveau le plus élémentaire, la prise de décision se résume à une série de calculs destinés à maximiser les avantages et à minimiser les coûts. Par exemple, dans un type courant de prise de décision appelé seuillage de réponse sensorielle, un animal doit détecter une entrée sensorielle comme la chaleur au-delà d’un certain niveau pour produire un certain comportement coûteux, comme s’éloigner. Si la hausse de température n’est pas assez importante, cela n’en vaudra pas la peine.

Kronauer et Gal ont voulu étudier comment ce type de traitement de l’information se produit au niveau collectif, où la dynamique de groupe entre en jeu. Ils ont développé un système dans lequel ils pouvaient précisément perturber une colonie de fourmis avec des augmentations de température contrôlées. Pour suivre les réponses comportementales des fourmis individuelles et de l’ensemble de la colonie, ils ont marqué chaque insecte avec des points de couleurs différentes et ont suivi leurs mouvements avec une caméra de suivi.

Comme les chercheurs s’y attendaient, des colonies d’une taille définie de 36 ouvrières et 18 larves ont évacué leur nid de manière fiable lorsque la température a atteint environ 34 degrés Celsius. Cette découverte a un sens intuitif, dit Kronauer, car « si vous devenez trop mal à l’aise, vous partez ».

Cependant, les chercheurs ont été surpris de constater que les fourmis ne réagissaient pas simplement à la température elle-même. Lorsqu’ils ont augmenté la taille de la colonie de 10 à 200 individus, la température nécessaire pour déclencher la décision d’évacuation a augmenté. Des colonies de 200 individus, par exemple, ont résisté jusqu’à ce que les températures dépassent les 36 degrés. « Il semble que le seuil ne soit pas fixe. Il s’agit plutôt d’une propriété émergente qui change en fonction de la taille du groupe », déclare Kronauer.

Les fourmis individuelles ne sont pas conscientes de la taille de leur colonie, alors comment leur décision peut-elle en dépendre ? Lui et Gal soupçonnent que l’explication a à voir avec la façon dont les phéromones, les messagers invisibles qui transmettent des informations entre les fourmis, augmentent leur effet lorsque plus de fourmis sont présentes. Ils utilisent un modèle mathématique pour montrer qu’un tel mécanisme est effectivement plausible. Mais ils ne savent pas pourquoi de plus grandes colonies auraient besoin de températures plus élevées pour faire leurs valises. Kronauer s’aventure qu’il se pourrait simplement que plus la taille de la colonie est grande, plus il est onéreux de se relocaliser, augmentant la température critique pour laquelle les relocalisations se produisent.

Dans de futures études, Kronauer et Gal espèrent affiner leur modèle théorique du processus de prise de décision dans la colonie de fourmis en interférant avec plus de paramètres et en voyant comment les insectes réagissent. Par exemple, ils peuvent altérer le niveau de phéromones dans l’enceinte des fourmis ou créer des fourmis génétiquement modifiées avec différentes capacités pour détecter les changements de température. « Ce que nous avons pu faire jusqu’à présent, c’est perturber le système et mesurer précisément la sortie », déclare Kronauer. « A terme, l’idée est de faire de l’ingénierie inverse du système pour en déduire de plus en plus en détail son fonctionnement interne. »