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Mémoire
Apprentissage et reconnaissance de formes électriques
Erik Harvey-Girard


Tâche de reconnaissance de patron spatial dans un labyrinthe en Y. Schémas de champs électriques non-modifié (A) et modifié (B) par les connections établies hors de l'aquarium entre les électrodes (en gris). Vue de dessus du labyrinthe et des réponses de l'expérimentateur à l'action du poisson (S+: récompense, S-: punition). (Référence: Graff C, Kaminski G, Gresty M, Ohlmann T. Fish perform spatial pattern recognition and abstraction by exclusive use of active electrolocation. Curr Biol. 2004 May 4;14(9):818-23.)
Est-ce que les poissons faiblement électriques peuvent apprendre?

 

L’équipe du Laboratoire de Biologie du Comportement (LABICOG) de l’Université Pierre Mendès de Grenoble a étudié les capacités d’apprentissage du poisson-éléphant (le mormyriforme G. petersii) et du poisson-lame (le gymnotiforme S. Macrucus) à partir d’informations uniquement perceptibles grâce à leur sens électrosensoriel. Le poisson-éléphant émet un champ électrique pulsatif, tandis que le poisson-lame produit un champ ondulatoire.

 

L’équipe du LABICOG a construit un petit labyrinthe en forme de Y dont chaque segment contenait un réseau de huit électrodes formant un prisme autour du poisson (Figure 1). En établissant des connections en dehors de l’aquarium entre des électrodes du réseau, ils altéraient le champ électrique autour du poisson (Figure 1 A et B). Autrement dit, ils formaient une « image électrique » que le poisson électrique ne pouvait percevoir qu’à l’aide de son système électrosensoriel. Cette « image électrique » était ensuite associée à un choix et une action à accomplir par le poisson : prendre la branche de gauche ou celle de droite. Pour permettre au poisson d’apprendre la règle d’association que l’on voulait qu’il apprenne, le poisson obtenait une récompense, un petit ver à manger (S+), ou une punition, le tube était agité de façon déplaisante (S-) (Figure1-C).

 

Dans la première tâche, les poissons devaient reconnaître le patron de connectivité électrique et aller vers le patron semblable pour être récompensé. Après plusieurs essais (entre 100 et 500!), le poisson comprenait la règle accomplissait la tâche avec un taux de succès dépassant les 80% (figure 2-A). Les poissons-éléphants et les poissons-lames sont donc capables d’apprendre à reconnaître une « image électrique » et de l’associer avec une récompense.

 

Ensuite, les poissons ont appris une nouvelle configuration des patrons électriques afin de réaliser la même tâche (B1, B2 et C). L’expérience B2 est particulièrement intéressante parce qu’elle montre que les poissons-éléphants sont capables d’associer ensemble deux configurations. De là, l’idée de la dernière expérience (D) qui porte sur l’extraction de caractéristiques communes et de former une règle générale d’association. Dans l’exemple illustré, les poissons-éléphants ont été capables d’extraire la règle de la verticalité des connections entre les électrodes pour accomplir la tâche afin d’être récompensés.

 

Ces travaux sur l’apprentissage montre que les poissons faiblement électriques, tant mormyriformes que gymnotiformes, sont capables de percevoir leur environnement uniquement à l’aide de leur système électrosensoriel (électroperception), Ils sont aussi capables de reconnaître des patrons électriques dans l’espace et d’apprendre à les associer avec des récompenses et des punitions.

 

Tâches accomplies lors de diverses expériences comportementales chez un mormyriforme, le poisson-éléphant (G. petersii) et un gymnotiforme, le poisson-lame (Sternopygus macrurus). (Référence: Graff C, Kaminski G, Gresty M, Ohlmann T. Fish perform spatial pattern recognition and abstraction by exclusive use of active electrolocation. Curr Biol. 2004 May 4;14(9):818-23.)

 

Dans la nature, reconnaître la position d’une source de nourriture ou celle d’une source de stress est essentiel à la survie de tout être vivant. Une compréhension innée du monde, et donc forcément statique parce qu’elle fut établie dès la naissance et demeure inaltérable, est pauvre en capacité d’adaptation et peu efficace face à un monde en constants changements (saisons, cycle jour-nuit, présence nouvelle de prédateur, migration des sources de nourriture, changement du relief, etc.). Réagir de façon identique (stéréotypique) est utile tant que les données ne changent pas. La réaction stéréotypique peut devenir dommageable lorsque les situations changent. Par contre, la possibilité d’apprendre, d’acquérir de nouvelles informations, d’intégrer de nouvelles relations entre les choses, les évènements, permet une meilleure capacité d’adaptation et donc de survie. Apprendre, c’est changer sa compréhension du monde et son comportement pour mieux répondre aux nouvelles relations dans l’environnement. Il semble que les poissons aussi ont compris qu’apprendre était source de survie.

 

Références
Erik Harvey-Girard.  "Apprentissage et reconnaissance de formes électriques."  Apteronote. Ed. Erik Harvey-Girard. Ottawa: Juin 17, 2005. <  >

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