Etude comparative des voyages mentaux dans le temps chez les céphalopodes – COMETT

Les deux premiers volets de ce projet nécessitent la mise au point de nouveaux tests comportementaux, cognitifs chez la seiche commune Sepia officinalis et chez le poulpe commun Octopus vulgaris. Ces tests doivent permettre de tester les caractéristiques suivantes :
- pour la mémoire de type épisodique : contexte spatio-temporel, flexibilité, source de l'information
- pour la planification : flexibilité, planification en fonction des besoins futurs et non des besoins actuels

Le troisième volet de ce projet nécessite la mise au point de nouvelles méthodes en immunohistochimie et hybridation in situ, pour évaluer l'activation neuronale, notamment via l'activation des gènes précoces immédiats.

Résultats obtenus entre 01/2019 et 06/2020 :

Nos premières expérimentations ont été réalisées chez la seiche commune afin de mieux comprendre les caractéristiques de la mémoire de type épisodique chez cette espèce :

- Mémoire de la source : les seiches peuvent se remémorer les caractéristiques perceptives qui accompagnaient un souvenir épisodique lorsqu'il a été formé. Ainsi, les seiches sont capables de répondre à la question inattendue : as-tu vu ou senti une proie il y a quelques heures ? (Billard et al. 2020a)

- Flexibilité : le comportement prédateur des seiches est un comportement flexible, le choix de manger ou de ne pas manger une proie dépend de leurs expériences passées mais également des caractéristiques de leur futur proche. Ainsi, une seiche mangera sa proie non préférée si sa proie préférée n'est pas au menu du soir ; mais se retiendra de manger, si elle l'est (Billard et al. 2020b).

Les prochaines expérimentations porteront sur la mémoire de type épisodique chez le poulpe, ainsi que les capacités de planification chez les seiches et les poulpes. Ceci permettra de répondre à deux questions :
- la mémoire de type épisodique est-elle apparue spécifiquement chez les seiches, ou plus largement chez les céphalopodes modernes.
- est-ce que le fait de posséder des capacités de mémoire épisodique est indicateur de capacités de planification ?

1. P. Billard, N.S. Clayton, C. Jozet-Alves (2020) Cuttlefish retrieve whether they smelt or saw a previously encountered item. Scientific reports 10:5413. DOI: 10.1038/s41598-020-62335-x

2. P. Billard, A.K. Schnell, N.S. Clayton, C. Jozet-Alves (2020) Cuttlefish show flexible and future-dependent foraging cognition. Biology Letters 16(2):20190743. DOI: 0.1098/rsbl.2019.0743

3. P. Billard, N.S. Clayton, C. Jozet-Alves (2019) Episodic memory. Encyclopedia of Animal Cognition and Behavior (J. Vonk & T. Shackelford eds.) Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-319-47829-6_1770-1

Les voyages mentaux dans le temps (MTT) est notre capacité à revivre des évènements de notre passé (mémoire épisodique) et à imaginer notre futur (planification). La mémoire de type épisodique est définie comme le souvenir d’évènements personnellement vécus, impliquant un rappel conscient du contexte d’encodage, notamment spatio-temporel, des informations liées à ces évènements. En se basant sur des critères purement comportementaux, l’équipe du Pr Clayton a montré que les geais savaient quel type d’items alimentaires, ils avaient caché où, et depuis combien de temps, et étaient capables de se servir de ces informations de manière flexible. Cette mémoire a alors été qualifiée de mémoire de type épisodique. La mémoire de la source est un autre aspect important de la mémoire épisodique car elle permet de différencier les évènements les uns des autres. Elle inclut notamment la connaissance des caractéristiques perceptives, contextuelles ou encore temporelles présentes lorsque la mémorisation épisodique a eu lieu. Le versant prospectif des voyages mentaux dans le temps correspond à la capacité à anticiper de manière flexible ses besoins futurs, et d’agir dans le présent pour les assurer, et ceci indépendamment des besoins présents. D’après la littérature, la mémoire épisodique serait apparue au cours de l’Evolution pour permettre les comportements d’anticipation et de planification. Des analogues de la mémoire épisodique et des capacités de planification ont été décrits chez les vertébrés supérieurs, mais il reste difficile d’établir des hypothèses évolutives compte tenu de leur proximité phylogénétique. Il apparaît aujourd’hui primordial d’entreprendre une approche comparative avec des espèces éloignées phylogénétiquement, afin de mieux comprendre l’évolution des capacités cognitives complexes au sein du règne animal. Les capacités cognitives des céphalopodes ayant évolué séparément, ils représentent donc des espèces de choix pour tenter de comprendre l’évolution des MTT. En collaboration avec l’équipe du Pr Clayton, notre laboratoire a récemment démontré pour la première fois l’existence d’une mémoire de type épisodique chez un invertébré, la seiche (mollusque céphalopode). Les seiches sont en effet capables de faire correspondre leur comportement prédateur aux délais de renouvellement de différents types de proies, situées en différents lieux de l’espace. Mon projet vise : 1) à étudier la mémoire épisodique chez une seconde espèce de céphalopodes, le poulpe commun Octopus vulgaris, afin de déterminer si cette capacité est spécifique des seiches ou si elle est plus largement répandue chez les céphalopodes dits modernes. Cela permettra de déterminer les pressions sélectives ayant conduit à l’émergence de cette capacité cognitive. En parallèle, la mémoire de la source sera testée chez les seiches et les poulpes, afin de déterminer les points communs et différences entre la mémoire de type épisodique chez les vertébrés et les céphalopodes. Dans un second temps, nous évaluerons 2) les capacités de planification chez les céphalopodes, afin de tester l’hypothèse que la mémoire épisodique a évolué pour nous permettre de planifier notre futur. Finalement, le projet explorera 3) les substrats neuronaux des MTT chez les céphalopodes, afin de déterminer les pré-requis neuronaux de ces capacités cognitives complexes. L’ensemble de ces résultats permettra à terme de mieux comprendre quels processus cognitifs sont partagés ou non par différentes espèces, afin de déterminer quelles pressions évolutives ont permis l’émergence de capacités cognitives extrêmement complexes au cours de l’Evolution.