Comment les oiseaux apprennent
Les oiseaux chanteurs peuvent acquérir de nouvelles compétences aussi bien par l'observation que par l'expérimentation. Les capacités acquises par l'expérimentation leur permettent toutefois de mieux s'adapter à de nouvelles situations, comme l'ont montré des scientifiques de l'ETH Zurich et de l'Université de Zurich. Les chercheurs voient également des parallèles avec l'apprentissage chez les enfants.
![Les pinsons zébrés peuvent apprendre à résoudre une tâche en observant. (Graphique : Nadja Baltensweiler / Narula G et al. Nature Communications 2018)](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2018/08/wie-voegel-lernen/_jcr_content/news_content/fullwidthimage/image.imageformat.930.1489668324.jpg)
Les enfants apprennent constamment de nouvelles choses. Mais généraliser ce qu'ils ont appris et l'appliquer dans des situations inconnues leur est plus ou moins facile selon leur mode d'apprentissage. Il en va de même pour les oiseaux chanteurs. Eux aussi doivent apprendre beaucoup de choses au cours des premiers mois de leur vie, par exemple le chant caractéristique de leurs congénères. Tout comme l'homme, les oiseaux ont recours à différents modes d'apprentissage. Des scientifiques dirigés par Richard Hahnloser, professeur à l'ETH Zurich et à l'Université de Zurich, ont étudié chez les pinsons zébrés l'impact de ces méthodes sur la capacité à généraliser.
Lors d'expériences (voir encadré), les chercheurs ont pu montrer que les pinsons zébrés peuvent apprendre en observant un congénère. Les oiseaux ont dû apprendre, par tâtonnement et feedback, à distinguer les variantes de chants d'oiseaux en deux classes selon leur longueur. Sans préparation spéciale, les oiseaux ont maîtrisé la tâche en moyenne après 4700 répétitions. En revanche, si les pinsons avaient pu observer auparavant leurs congénères en train d'apprendre cette tâche, ils n'ont eu besoin que de 900 répétitions. Etant donné que, pour des raisons statistiques, 800 répétitions sont nécessaires dans ce dispositif expérimental pour évaluer les capacités des animaux, cela signifie que les oiseaux qui observaient auparavant la tâche la maîtrisaient pratiquement dès le début.
Mieux généraliser
Les chercheurs ont ensuite testé la capacité des oiseaux à résoudre une deuxième tâche similaire. Les pinsons zébrés devaient distinguer un autre ensemble de variantes de chant, également en fonction de leur longueur. Il s'est avéré que les oiseaux qui avaient appris la première tâche dès le début en faisant des essais et en donnant un feedback étaient capables de réaliser la deuxième tâche pratiquement dès le début, après une moyenne de 800 passages. Les congénères qui ont appris la première tâche principalement par l'observation ont en revanche eu besoin de 3600 passages en moyenne pour la deuxième tâche.
"Chez les pinsons zébrés, l'apprentissage par tâtonnement est donc la méthode d'apprentissage la plus robuste", résume Hahnloser. "Les oiseaux qui ont appris une compétence par tâtonnement sont plus à même de la généraliser et de l'adapter à de nouvelles situations que ceux qui ont appris cette compétence par observation".
Les deux méthodes d'apprentissage ont leurs avantages
Gagan Narula, postdoctorant dans le groupe de Hahnloser et premier auteur de l'étude, souligne les parallèles avec l'apprentissage des enfants et des adolescents : "L'enseignement orienté vers l'action, qui met l'accent sur le tâtonnement et l'expérimentation, s'impose de plus en plus dans les écoles également. De plus en plus, même les mathématiques sont enseignées à l'école secondaire à l'aide d'expériences".
"Les deux méthodes d'apprentissage ont toutefois leurs avantages", explique Hahnloser. "L'apprentissage par l'observation est plus rapide". Il fait remarquer que notre système éducatif utilise délibérément les deux méthodes d'apprentissage : D'une part, l'enseignement frontal et l'observation, d'autre part, les expériences, les exercices et les devoirs à domicile.
Cerveau impliqué différemment
Des modèles informatiques neuronaux ont aidé les scientifiques à interpréter leurs résultats. Sur la base des modèles de calcul, les chercheurs partent du principe que de nombreuses synapses de cellules nerveuses sont impliquées dans le cerveau des oiseaux lors de l'observation, mais qu'elles sont relativement faibles. En revanche, lors de l'expérimentation, seules quelques synapses sont impliquées, mais celles-ci sont particulièrement fortes, ce qui se traduit par une plus grande capacité de généralisation. Hahnloser l'exprime ainsi : "En observant, les oiseaux se souviennent de nombreux détails du chant, dont beaucoup ne sont pas pertinents pour la résolution du problème d'apprentissage. En revanche, en essayant, les oiseaux en retiennent moins. Ils se concentrent sur les caractéristiques les plus marquantes du chant, comme la longueur".
Il resterait à étudier si les différentes méthodes d'apprentissage ont également un impact sur le cerveau des enfants et des adolescents. "Par le passé, la recherche sur les pinsons zèbres a toujours fourni des indications et des hypothèses importantes pour l'étude des processus neurobiologiques, y compris sur la manière dont les humains apprennent leur langue", explique Hahnloser. "Nos dernières découvertes chez les pinsons conduisent également à des hypothèses qui pourraient être étudiées de manière appropriée chez les humains afin de mieux comprendre les processus d'apprentissage".
L'expérience
Pour leurs expériences, les scientifiques utilisent deux cages à oiseaux voisines, séparées par un écran. Dans chacune des deux cages se trouve un pinson zébré. L'un d'eux a pour mission d'apprendre, par tâtonnements et feedback, à distinguer deux classes de chants d'oiseaux. L'autre oiseau l'observe pendant ce temps.
Chacun des deux oiseaux ne peut voir son congénère que lorsqu'il est assis dans sa cage sur un perchoir spécifique. En effet, une fenêtre se trouve à cet endroit dans la protection visuelle. Comme les pinsons zébrés sont des animaux à vie sociale, ils ont une motivation interne pour se percher sur ce perchoir.
Si l'oiseau apprenant selon le principe du tâtonnement vole sur le perchoir déterminé, on lui fait automatiquement entendre l'une des dix variantes d'un chant de pinson zébré. Les chants varient très peu en longueur. Les scientifiques ont réparti les chants en deux classes en fonction de cette longueur : la classe A comprend les cinq variantes de chant les plus courtes (0,9 à 1,0 seconde), la classe B les cinq variantes de chant les plus longues (1,03 à 1,13 seconde). L'incitation à l'apprentissage consiste en une bouffée d'air qui souffle sur l'oiseau une seconde après la diffusion d'un chant de la classe B.
Si l'oiseau peut distinguer les deux classes de chant, il parvient à fuir le souffle d'air légèrement désagréable. Ainsi, les scientifiques peuvent également vérifier si un oiseau a appris la tâche.
Exemples d'écoute
Exemple d'un Téléchargerchant court (MP3, 15 KB) de la classe A et d'une légère TéléchargerChant plus long (MP3, 16 KB) de la classe B.
Référence bibliographique
Narula G, Herbst J, Hahnloser RHR : Apprendre à effectuer des discriminations auditives à partir de l'observation est efficace mais moins robuste que l'apprentissage par l'expérience. Nature Communications, 13 août 2018, doi : page externe10.1038/s41467-018-05422-y