Cerveau : comment ressentons-nous le temps ?

Com­ment notre cer­veau appré­hende-t-il le temps ? Nous avons posé la ques­tion à Vir­gi­nie van Was­sen­hove, direc­trice de recherches au CEA et cheffe d’équipe Inserm, dont le pro­jet CHRONOLOGY vient de rece­voir une bourse Syner­gy du Conseil Euro­péen de la Recherche, d’un mon­tant pou­vant aller jusqu’à 10 mil­lions d’euros sur 6 ans.

Vir­gi­nie van Was­sen­hove. Des rela­tions ambi­guës ! Le temps psy­cho­lo­gique ne coïn­cide pas avec le temps phy­sique, mais n’en est pas non plus com­plè­te­ment décor­ré­lé. Pre­nons quelques exemples : nous sommes par­fai­te­ment capables d’estimer très pré­ci­sé­ment le temps lorsque nous avons à fran­chir un pas­sage pié­ton ou à jouer au ping-pong, mais nous per­dons en pré­ci­sion si la durée à éva­luer s’allonge, ou si nous sommes dis­traits par d’autres stimulus.

De la même manière, une heure pas­sée dans la salle d’attente d’un den­tiste nous paraî­tra bien plus longue qu’une heure occu­pée à un pre­mier ren­dez-vous amou­reux. Allons plus loin. Si l’on tente de se remé­mo­rer ces deux épi­sodes des années plus tard, notre expé­rience tem­po­relle sera inver­sée : l’attente chez le den­tiste nous paraî­tra beau­coup plus courte qu’elle ne le fut en réa­li­té, et le ren­dez-vous amou­reux beau­coup plus long, parce que riche en émo­tions et en micro-évé­ne­ments aux­quels nous aurons prê­té attention.

La ques­tion du temps psy­cho­lo­gique est donc com­plexe, mais fon­da­men­tale, car c’est à par­tir de cette repré­sen­ta­tion men­tale que nous nous pro­je­tons dans l’avenir et dans le pas­sé, éla­bo­rons notre pen­sée, pre­nons des déci­sions à court et long terme, bref, nous enga­geons dans l’existence.

Mon inté­rêt pour le temps date du milieu des années 2000, lors de mes tra­vaux post-doc­to­raux. Je tra­vaillais alors sur le trai­te­ment des infor­ma­tions mul­ti­sen­so­rielles par le cer­veau. Or, les sti­mu­lus sen­so­riels asso­ciés à un même évé­ne­ment sont véhi­cu­lés sous des formes d’énergie dis­tinctes (molé­cules en vibra­tion pour le son, pho­tons pour la vision, etc.) et ne par­viennent pas au cer­veau exac­te­ment au même moment. Il faut donc admettre que la notion de simul­ta­néi­té est entiè­re­ment recons­truite par le cer­veau. Or, la déter­mi­na­tion de la simul­ta­néi­té est cen­trale, car elle condi­tionne notre per­cep­tion : c’est en fait pré­ci­sé­ment le moment où appa­raît la conscience.

J’ai donc com­men­cé à m’intéresser à la manière dont les neu­rones codent la tem­po­ra­li­té, ou en d’autres termes, la repré­sen­ta­tion men­tale du temps. J’ai pas­sé un été à lire près d’un siècle de lit­té­ra­ture sur le sujet, sans trou­ver de réponse satis­fai­sante. Un nou­veau champ d’études s’ouvrait donc à moi.

Très peu de neu­ros­cien­ti­fiques posaient la ques­tion du temps psy­cho­lo­gique en termes de codage neu­ro­nal, de repré­sen­ta­tion men­tale. La lit­té­ra­ture sem­blait se conten­ter du modèle d’une hor­loge interne syn­chro­ni­sée avec des rythmes externes, qui bat­trait la mesure et enre­gis­tre­rait les bat­te­ments pour comp­ter les durées. Ce concept a émer­gé après la décou­verte des rythmes céré­braux, et en par­ti­cu­lier du rythme alpha, une onde céré­brale d’une période de 100 ms obser­vable chez tous les indi­vi­dus conscients. Parce que ce rythme est a prio­ri très régu­lier, l’hypothèse de tra­vail consis­tait à consi­dé­rer qu’il bat­tait le tem­po de l’horloge interne. Mais la ryth­mi­ci­té de cer­taines acti­vi­tés neu­ro­nales ne suf­fit pas à expli­quer com­ment le cer­veau se repré­sente le temps. Venant du domaine des per­cep­tions sen­so­rielles, cela me sem­blait évident : en pre­nant l’analogie du trai­te­ment men­tal de la cou­leur, cela revien­drait à ima­gi­ner que pour trans­mettre l’information rouge, il fau­drait que les neu­rones eux-mêmes deviennent rouges.

Le modèle de l’horloge interne est donc utile, parce que pré­dic­tif de cer­tains de nos com­por­te­ments, mais il ne me sem­blait pas réa­liste sur le plan neu­ro­bio­lo­gique. Des études récentes menées grâce à la neu­roi­ma­ge­rie fonc­tion­nelle à haute réso­lu­tion tem­po­relle (comme l’électroencéphalogramme [EGG] et la magné­toen­cé­pha­lo­gra­phie [MEG]), par­mi les­quelles celles de mon équipe, l’ont ensuite démontré.

Nous avons pu éta­blir¹ que le rythme alpha n’est pas constant, et cette carac­té­ris­tique est incom­pa­tible avec l’idée même d’horloge. Il y a donc des nuances à faire : oui, les rythmes céré­braux sont cer­tai­ne­ment impli­qués dans le trai­te­ment tem­po­rel mais l’histoire est plus com­pli­quée que le laisse entendre le modèle d’horloge interne. Et c’est tant mieux… car si notre concep­tion du temps n’était régie que par des hor­loges bio­lo­giques calées sur des rythmes externes, nous devrions en conclure que nous sommes en constante cap­ture atten­tion­nelle et nous ne pour­rions expli­quer la sta­bi­li­té de notre pen­sée. Or, celle-ci est abso­lu­ment néces­saire à l’émergence de la conscience. Il doit donc exis­ter dans notre cer­veau un sys­tème de repré­sen­ta­tion du temps stable, un réfé­ren­tiel de temps en grande par­tie immun de l’information tem­po­relle exté­rieure. Cela paraît d’ailleurs évident lorsqu’il s’agit de consi­dé­rer les voyages dans le temps.

La capa­ci­té que nous avons de nous ima­gi­ner très loin dans le pas­sé ou de nous pro­je­ter dans le futur. Ce voyage dans le temps, qui pour­rait être propre à l’être humain, impose une forte abs­trac­tion : on doit être capable d’établir une car­to­gra­phie du temps dans laquelle nous pou­vons nous mou­voir (men­ta­le­ment), tout en pré­ser­vant les rela­tions tem­po­relles entre les évé­ne­ments. L’horloge interne ne peut pas à elle seule expli­quer cette faculté.

En 2014, John O’Keefe, May-Britt Moser and Edvard I. Moser ont reçu le prix Nobel de méde­cine pour la mise en évi­dence, après des décen­nies de tra­vaux, de l’existence d’un « GPS » au sein du cer­veau. Ces tra­vaux ont mon­tré qu’une mul­ti­tude de neu­rones spé­ci­fiques à cer­taines carac­té­ris­tiques de l’espace col­la­borent à ce GPS. Cer­tains per­mettent une métrique spa­tiale, d’autres codent la direc­tion du mou­ve­ment, d’autres encore l’orientation de la tête, d’autres enfin les expé­riences sen­so­rielles. Ces cir­cuits très sophis­ti­qués admettent un sys­tème de repré­sen­ta­tion assez flexible, qui per­met à l’animal de navi­guer dans l’espace, et de car­to­gra­phier men­ta­le­ment son envi­ron­ne­ment. Nous fai­sons, mon équipe et moi-même, l’hypothèse qu’un sys­tème ana­logue, très com­plexe et inté­grant des infor­ma­tions diverses, se déploie aus­si pour le temps. C’est ce que nous allons explo­rer dans le pro­jet CHRONOLOGY. 

CHRONOLOGY vise à com­prendre com­ment le cer­veau construit une car­to­gra­phie du temps. L’une de nos intui­tions est que les méca­nismes neu­ro­naux qui génèrent la car­to­gra­phie men­tale du temps sont en grande par­tie com­muns à dif­fé­rentes espèces. Cha­cun de nous tes­te­ra donc les repré­sen­ta­tions du temps chez des modèles vivants issus de dif­fé­rentes espèces : Brice Bathel­lier du CNRS chez la sou­ris, Mehr­dad Jazaye­ri du MIT chez le pri­mate non humain et moi chez l’humain. Srd­jan Osto­jic, de l’ENS, construi­ra des modèles de réseaux de neu­rones récur­rents à faible rang, déve­lop­pés sur la base d’une plau­si­bi­li­té bio­lo­gique, c’est-à-dire contraints par l’architecture des cir­cuits de neu­rones des trois espèces. Grâce à des allers-retours entre ces approches d’IA et les expé­ri­men­ta­tions com­por­te­men­tales menées sur les modèles vivants, nous espé­rons non seule­ment iden­ti­fier la dyna­mique de l’activité céré­brale à l’origine de notre repré­sen­ta­tion du temps, mais aus­si com­prendre les liens de cau­sa­li­té qui relient les méca­nismes impliqués.

Nous avons besoin de ce type de pro­jets, visant en pre­mier lieu l’acquisition des prin­cipes fon­da­men­taux et géné­ra­li­sables à tra­vers le règne ani­mal, avant d’envisager abor­der des ques­tions plus appli­quées, comme celle-ci : pour­quoi cer­taines affec­tions psy­chia­triques ou neu­ro­lo­giques s’accompagnent d’une déso­rien­ta­tion tem­po­relle ? Le cer­veau est le sys­tème le plus com­plexe de l’univers, plus com­plexe encore qu’une étoile ou un trou noir –  étoile et trou noir qu’il est d’ailleurs lui-même capable de conce­voir ! Nous avons encore presque tout à apprendre sur son fonctionnement.

Propos recueillis par Anne Orliac

Pour aller plus loin : 

• Runyun, Ş. L., van Was­sen­hove, V., & Bal­ci, F. (2024), Alté­ra­tion de la conscience tem­po­relle pen­dant la pan­dé­mie de Covid-19, Recherche psy­cho­lo­gique , 1–11.
• Kono­no­wicz, TW, Roger, C., & van Was­sen­hove, V. (2019), La méta­cog­ni­tion tem­po­relle comme déco­dage de la dyna­mique céré­brale auto-géné­rée, Cor­tex céré­bral , 29 (10), 4366–4380.
• Gra­bot, L., & van Was­sen­hove, V. (2017), L’ordre tem­po­rel comme biais psy­cho­lo­gique, Psy­cho­lo­gi­cal science, 28 (5), 670–678.
• Gau­thier, B., & van Was­sen­hove, V. (2016), Le temps n’est pas l’es­pace : cal­culs de base et réseaux spé­ci­fiques au domaine pour les voyages men­taux, Jour­nal of Neu­ros­cience, 36 (47), 11891–11903.