L'intelligence a évolué au moins deux fois chez les animaux vertébrés
Les circuits neuronaux complexes sont probablement apparus indépendamment chez les oiseaux et les mammifères, ce qui suggère que les vertébrés ont développé leur intelligence à plusieurs reprises.
Les humains ont tendance à mettre leur propre intelligence sur un piédestal. Notre cerveau peut faire des mathématiques, utiliser la logique, explorer des abstractions et penser de manière critique. Mais nous ne pouvons pas revendiquer le monopole de la pensée. Parmi les nombreuses espèces non humaines connues pour leur intelligence, les oiseaux ont démontré à maintes reprises des capacités cognitives avancées. Les corbeaux planifient pour l'avenir, les corbeaux comptent et utilisent des outils , les cacatoès s'ouvrent et pillent des poubelles piégées et des mésanges gardent la trace de dizaines de milliers de graines disséminées dans un paysage. Il est remarquable que les oiseaux accomplissent de telles prouesses avec des cerveaux complètement différents des nôtres : ils sont plus petits et dépourvus des structures hautement organisées que les scientifiques associent à l'intelligence des mammifères.
" Un oiseau avec un cerveau de 10 grammes fait à peu près la même chose qu'un chimpanzé avec un cerveau de 400 grammes ", a déclaré Onur Güntürkün, qui étudie les structures cérébrales à l'Université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne. " Comment est-ce possible ? "
Les chercheurs débattent depuis longtemps du lien entre l'intelligence des oiseaux et celle des mammifères. Une hypothèse est que l'intelligence des vertébrés – animaux dotés d'une colonne vertébrale, dont les mammifères et les oiseaux – ait évolué une fois. Dans ce cas, les deux groupes auraient hérité des voies neuronales complexes qui sous-tendent la cognition d'un ancêtre commun : une créature ressemblant à un lézard qui vivait il y a 320 millions d'années, lorsque les continents terrestres étaient comprimés en une seule masse continentale. L'autre hypothèse est que les types de circuits neuronaux qui sous-tendent l'intelligence des vertébrés aient évolué indépendamment chez les oiseaux et les mammifères.
Il est difficile de retracer le chemin emprunté par l'évolution, étant donné que toute trace du cerveau de l'ancêtre a disparu en un éclair géologique. Les biologistes ont donc adopté d'autres approches, comme la comparaison des structures cérébrales des animaux adultes et en développement d'aujourd'hui, pour comprendre comment cette complexité neurobiologique a pu émerger.
Une série d'études publiées dans Science en février 2025 fournit la meilleure preuve à ce jour que les oiseaux et les mammifères n'ont pas hérité d'un ancêtre commun les voies neuronales génératrices de l'intelligence, mais les ont développées indépendamment. Cela suggère que l'intelligence des vertébrés est apparue non pas une fois, mais plusieurs fois. Pourtant, leur complexité neuronale n'a pas évolué dans des directions radicalement différentes : les cerveaux des oiseaux et des mammifères présentent des circuits étonnamment similaires, selon les études.
" C'est une étape importante dans la quête de compréhension et d'intégration des différentes idées sur l'évolution " de l'intelligence des vertébrés, a déclaré Güntürkün, qui n'a pas participé à la nouvelle recherche.
Ces découvertes, qui émergent dans un monde fasciné par les formes d'intelligence artificielle, pourraient nous éclairer sur l'évolution des circuits complexes de notre cerveau. Plus important encore, elles pourraient nous aider à nous éloigner de l'idée que nous sommes les meilleures créatures du monde, a déclaré Niklas Kempynck, un étudiant diplômé de la KU Leuven qui a dirigé l'une des études. " Nous ne sommes pas la solution optimale pour l'intelligence. "
Les oiseaux y sont également arrivés par leurs propres moyens.
Trouble du picage
Pendant la première moitié du XXe siècle, les neuroanatomistes pensaient que les oiseaux n'étaient tout simplement pas si intelligents. Ces créatures sont dépourvues de tout élément ressemblant à un néocortex – la structure externe hautement ordonnée du cerveau des humains et des autres mammifères, où résident le langage, la communication et le raisonnement. Le néocortex est organisé en six couches de neurones, qui reçoivent les informations sensorielles d'autres parties du cerveau, les traitent et les transmettent aux régions qui déterminent notre comportement et nos réactions.
" Pendant longtemps, on a pensé que c'était le centre de la cognition, et que ce type d'anatomie était nécessaire pour développer des capacités cognitives avancées ", a déclaré Bastienne Zaremba , chercheur postdoctoral étudiant l'évolution du cerveau à l'Université de Heidelberg.
Au lieu de couches bien nettes, les oiseaux ont " des boules de neurones non spécifiées sans repères ni distinctions ", a déclaré Fernando García-Moreno, neurobiologiste au Centre basque de neurosciences Achucarro, en Espagne. Ces structures ont poussé les neuroanatomistes, il y a un siècle, à suggérer qu'une grande partie du comportement des oiseaux est réflexive et non motivée par l'apprentissage et la prise de décision. Cela " implique que ce qu'un mammifère peut apprendre facilement, un oiseau ne l'apprendra jamais ", a déclaré Güntürkün.
La pensée conventionnelle a commencé à évoluer dans les années 1960, lorsque Harvey Karten, un jeune neuroanatomiste du Massachusetts Institute of Technology, a cartographié et comparé les circuits cérébraux des mammifères et des pigeons, puis de hiboux, de poulets et d'autres oiseaux. Sa découverte a été une surprise : les régions cérébrales que l'on pensait impliquées uniquement dans les mouvements réflexes étaient constituées de circuits neuronaux – des réseaux de neurones interconnectés – qui ressemblaient à ceux du néocortex des mammifères. Cette région du cerveau des oiseaux, la crête ventriculaire dorsale (DVR), semblait comparable à un néocortex ; elle n'en avait simplement pas l'apparence.
En 1969, Karten a écrit un " article très influent qui a complètement changé le débat dans le domaine ", a déclaré Maria Tosches, qui étudie le développement du cerveau des vertébrés à l'Université Columbia. " Ses travaux étaient véritablement révolutionnaires. " Il a conclu que, les circuits aviaires et mammifères étant similaires, ils étaient hérités d'un ancêtre commun. Cette pensée a dominé le domaine pendant des décennies, a déclaré Güntürkün, ancien postdoctorant au laboratoire de Karten. Elle a " suscité un vif intérêt pour le cerveau des oiseaux ".
Quelques décennies plus tard, Luis Puelles, anatomiste à l'Université de Murcie en Espagne, est arrivé à la conclusion inverse de celle de Karten. En comparant des embryons à différents stades de développement, il a découvert que le néocortex des mammifères et le DVR aviaire se développaient à partir de zones distinctes du pallium de l'embryon – une région cérébrale commune à tous les vertébrés. Il en a conclu que ces structures avaient dû évoluer indépendamment.
Karten et Puelles " apportaient des réponses radicalement différentes à cette grande question ", a déclaré Tosches. Le débat a duré des décennies. À cette époque, les biologistes ont également commencé à s'intéresser à l'intelligence des oiseaux, en commençant par leurs études sur Alex, un perroquet gris d'Afrique capable de compter et d'identifier des objets. Ils ont alors réalisé à quel point les oiseaux pouvaient être intelligents.
Cependant, selon García-Moreno, aucun des deux groupes ne semblait vouloir résoudre la divergence entre leurs deux théories sur l'évolution des palliums des vertébrés. "Non, ils ont continué à travailler sur leur propre méthode ", a-t-il déclaré. Un camp a continué à comparer les circuits du cerveau des vertébrés adultes ; l'autre s'est concentré sur le développement embryonnaire.
Dans les nouvelles études, a-t-il déclaré, " nous avons essayé de tout rassembler ".
Pareil mais pas pareil
Deux nouvelles études, menées par des équipes de chercheurs indépendantes, se sont appuyées sur le même outil puissant d'identification des types cellulaires : le séquençage d'ARN unicellulaire. Cette technique permet aux chercheurs de comparer les circuits neuronaux, comme l'a fait Karten, non seulement dans le cerveau adulte, mais tout au long du développement embryonnaire, en suivant Puelles. Ils ont ainsi pu identifier le point de départ de la croissance des cellules dans l'embryon et leur évolution finale chez l'animal adulte : un processus développemental révélateur de voies évolutives.
Pour leur étude, García-Moreno et son équipe souhaitaient observer le développement des circuits cérébraux. Grâce au séquençage de l'ARN et à d'autres techniques, ils ont suivi des cellules dans les palliums de poulets, de souris et de geckos à différents stades embryonnaires afin d'horodater la génération et le stade de maturation des différents types de neurones.
Ils ont découvert que les circuits matures se ressemblaient remarquablement chez tous les animaux, comme l'avaient noté Karten et d'autres, mais ils étaient construits différemment, comme l'avait découvert Puelles. Les circuits qui composaient le néocortex des mammifères et le DVR aviaire se sont développés à des moments différents, dans des ordres différents et dans des régions différentes du cerveau.
(Image : 2 schémas comparés explicatif )
Parallèlement, García-Moreno collaborait avec Zaremba et ses collègues de l'Université de Heidelberg. Grâce au séquençage de l'ARN, ils ont créé " l'atlas le plus complet du pallium* aviaire dont nous disposons ", a déclaré Tosches, auteur d' un article de perspective connexe publié dans Science. En comparant le pallium des oiseaux à ceux des lézards et des souris, ils ont également découvert que le néocortex et le DVR étaient dotés de circuits similaires — cependant, les neurones qui composaient ces circuits neuronaux étaient distincts.
" La manière dont nous avons obtenu des circuits similaires était plus flexible que je ne l'aurais imaginé ", a déclaré Zaremba. " On peut construire les mêmes circuits à partir de différents types de cellules. "
Zaremba et son équipe ont également découvert que, dans le pallium des oiseaux, des neurones qui débutent leur développement dans différentes régions peuvent se développer en neurones du même type à l'âge adulte. Cela contredit les théories précédentes, selon lesquelles des régions distinctes de l'embryon doivent générer différents types de neurones.
Chez les mammifères, le développement cérébral suit un cheminement intuitif : les cellules de l’amygdale embryonnaire, au début du développement, se retrouvent dans l’amygdale adulte. Les cellules du cortex embryonnaire se retrouvent dans le cortex adulte. Mais chez les oiseaux, " on observe une réorganisation extraordinaire du cerveau antérieur ", explique Güntürkün, " qui est totalement inattendue ".
Prises ensemble, ces études apportent la preuve la plus claire à ce jour que les oiseaux et les mammifères ont développé indépendamment des régions cérébrales responsables de la cognition complexe. Elles font également écho à des recherches antérieures du laboratoire de Tosches , qui ont montré que le néocortex des mammifères avait évolué indépendamment du DVR des reptiles.
Il semble néanmoins probable qu'il y ait eu une certaine hérédité à partir d'un ancêtre commun. Dans une troisième étude utilisant l'apprentissage profond, Kempynck et son coauteur Nikolai Hecker ont découvert que les souris, les poulets et les humains partagent certains segments d'ADN qui influencent le développement du néocortex ou du DVR, suggérant que des outils génétiques similaires sont à l'œuvre chez les deux types d'animaux. Comme l'avaient suggéré des études précédentes, les groupes de recherche ont découvert que les neurones inhibiteurs, ou ceux qui inhibent et modulent les signaux neuronaux, étaient conservés chez les oiseaux et les mammifères.
Les résultats n'ont cependant pas complètement résolu le débat entre Karten et Puelles. Quelles idées étaient les plus proches de la vérité ? Tosches a affirmé que Puelles avait raison, tandis que Güntürkün estimait que les résultats reflétaient mieux les idées de Karten, même s'ils plairaient en partie à Puelles. García-Moreno a partagé la question : " Tous deux avaient raison ; aucun n'avait tort ", a-t-il déclaré.
Comment développer l'intelligence
L'intelligence n'est pas accompagnée d'un mode d'emploi. Elle est difficile à définir, il n'existe pas de méthode idéale pour y parvenir et sa conception n'est pas optimale, a déclaré Tosches. Des innovations peuvent survenir tout au long de la biologie d'un animal, qu'il s'agisse de nouveaux gènes et de leur régulation, ou de nouveaux types de neurones, circuits et régions cérébrales. Mais des innovations similaires peuvent évoluer plusieurs fois indépendamment – un phénomène appelé évolution convergente – et ce phénomène est observé tout au long de la vie.
" L’une des raisons pour lesquelles j’aime ces articles, c’est qu’ils mettent vraiment en évidence de nombreuses différences ", a déclaré Bradley Colquitt, neuroscientifique moléculaire à l'Université de Californie à Santa Cruz. " Cela permet de se demander : quelles sont les différentes solutions neuronales que ces organismes ont imaginées pour résoudre des problèmes similaires, comme vivre dans un monde complexe et s'adapter à un environnement terrestre en rapide évolution ? "
Les pieuvres et les calmars, indépendamment des mammifères et de leur propre intelligence corporelle, ont développé des yeux semblables à des caméras. Les oiseaux, les chauves-souris et les insectes ont tous pris leur envol par leurs propres moyens. Les peuples anciens d'Égypte et d'Amérique du Sud ont construit indépendamment des pyramides – la forme structurelle la plus efficace et qui résistera à l'épreuve du temps, a déclaré García-Moreno : " Si on construit une tour, elle s'effondrera. Si on construit un mur, ça ne marchera pas. "
De même, " il existe un degré de liberté limité permettant de générer un cerveau intelligent, du moins chez les vertébrés ", a déclaré Tosches. En revanche, si l'on s'éloigne du monde des vertébrés, on peut générer un cerveau intelligent de manières bien plus étranges, du moins de notre point de vue. " C'est le Far West ", a-t-elle déclaré. Les pieuvres, par exemple, " ont développé leur intelligence de manière totalement indépendante ". Leurs structures cognitives ne ressemblent en rien aux nôtres, si ce n'est qu'elles sont constituées du même type cellulaire : le neurone. Pourtant, on a pu observer des pieuvres accomplir des prouesses incroyables, comme s'échapper d'aquariums, résoudre des énigmes, dévisser des couvercles de bocaux et porter des coquillages comme boucliers.
Il serait passionnant de comprendre comment les pieuvres ont développé leur intelligence grâce à des structures neuronales très divergentes, a déclaré Colquitt. Ainsi, il pourrait être possible d'identifier les contraintes absolues pesant sur l'évolution de l'intelligence chez toutes les espèces animales, et pas seulement chez les vertébrés.
De telles découvertes pourraient à terme révéler des caractéristiques communes à diverses intelligences, a déclaré Zaremba. Quels sont les éléments constitutifs d'un cerveau capable de penser de manière critique, d'utiliser des outils ou de former des idées abstraites ? Cette compréhension pourrait contribuer à la recherche d'une intelligence extraterrestre et à l'amélioration de notre intelligence artificielle. Par exemple, notre façon actuelle d'envisager l'utilisation des connaissances issues de l'évolution pour améliorer l'IA est très anthropocentrique. " Je serais vraiment curieux de voir si nous pouvons construire une intelligence artificielle similaire à celle des oiseaux ", a déclaré Kempynck." Comment pense un oiseau ? Pouvons-nous l'imiter ? "