Comment le cerveau crée l'expérience subjective du temps
Tout le monde a senti, à un moment ou à un autre, que le temps «vole» effectivement quand on s’amuse. Pourquoi est-ce différent selon ce que nous en faisons? Une nouvelle recherche examine les mécanismes neurologiques qui forment l'expérience subjective du temps.
L'espace et le temps sont étroitement liés - non seulement en physique, mais aussi dans le cerveau.
Cette connexion intime devient plus claire lorsque nous examinons comment notre cerveau forme des souvenirs épisodiques.
Les souvenirs épisodiques sont des souvenirs autobiographiques - c'est-à-dire des souvenirs d'événements spécifiques qui sont arrivés à quelqu'un à un moment précis dans le temps (et dans l'espace).
Le souvenir de ce premier baiser, ou du verre de vin que vous avez partagé avec votre ami la semaine dernière, sont tous deux des exemples de souvenirs épisodiques. En revanche, les mémoires sémantiques renvoient à des informations générales et à des faits que notre cerveau est capable de stocker.
Les mémoires épisodiques ont une composante prononcée «où» et «quand», et la recherche neuroscientifique montre que la zone cérébrale qui traite l'information spatiale est proche de celle responsable de l'expérience du temps.
Plus précisément, une nouvelle étude révèle le réseau de cellules cérébrales qui codent l'expérience subjective du temps, et ces neurones sont situés dans une zone cérébrale adjacente à celle dans laquelle d'autres neurones codent pour l'espace.
La nouvelle étude a été menée par des chercheurs de l'Institut Kavli pour les neurosciences des systèmes à Trondheim, en Norvège. Albert Tsao est l'auteur principal de l'article, qui est maintenant publié dans la revue La nature.
Des neurones qui changent avec temps
Il y a plus d'une décennie, deux des chercheurs qui ont travaillé sur la récente étude - May-Britt Moser et Edvard Moser - ont découvert un réseau de neurones appelés cellules de grille qui étaient responsables du codage de l'espace.
Cette zone s'appelle le cortex entorhinal médial. Dans la nouvelle étude, Tsao et ses collègues espéraient trouver un réseau similaire de cellules cérébrales codant le temps.
Ainsi, ils ont entrepris d'étudier les neurones dans une zone cérébrale adjacente au cortex entorhinal médial (dans lequel des cellules de la grille ont été découvertes). Cette zone est appelée le cortex entorhinal latéral (LEC).
Au départ, les chercheurs cherchaient un modèle mais ont eu du mal à en trouver un. «Le signal a changé tout le temps», déclare le co-auteur de l'étude Edvard Moser, professeur à l'Université norvégienne des sciences et de la technologie, également à Trondheim, en Norvège.
Ainsi, les chercheurs ont émis l'hypothèse que le signal n'a peut-être pas seulement changé avec le temps, mais qu'il a changé avec temps.
«Le temps […] est toujours unique et changeant», déclare le professeur Moser. «Si ce réseau codait effectivement pour le temps, le signal devrait changer avec temps pour enregistrer les expériences comme des souvenirs uniques. »
Ainsi, les chercheurs ont entrepris d'examiner l'activité de centaines de neurones LEC dans le cerveau de rongeurs.
L'expérience affecte les signaux de codage temporel LEC
Pour ce faire, Tsao et ses collègues ont enregistré l'activité neurale des rats pendant des heures, pendant lesquelles les rongeurs ont été soumis à une série d'expériences.
Dans une expérience, les rats ont couru dans une boîte dont les murs ont changé de couleur. Cela a été répété 12 fois afin que les animaux puissent définir des «contextes temporels multiples» tout au long de l'expérience.
L'équipe a examiné l'activité neuronale dans le LEC, en distinguant l'activité cérébrale qui enregistrait les changements de couleur de la paroi de celle qui enregistrait la progression du temps.
«L'activité [neuronale] dans le LEC a clairement défini un contexte temporel unique pour chaque époque d'expérience sur une échelle de temps en minutes», écrivent les auteurs.
Les résultats de l’expérience «pointent vers le LEC comme une source possible d’informations de contexte temporel nécessaires à la formation de la mémoire épisodique dans l’hippocampe», ajoutent les chercheurs.
Dans une autre expérience, les rats étaient libres de se promener dans des espaces ouverts, choisissant les actions à entreprendre et les espaces à explorer à la recherche de morceaux de chocolat. Ce scénario a été répété quatre fois.
Le co-auteur de l'étude, Jørgen Sugar, résume les résultats, en disant: «Le caractère unique du signal temporel [neuronal] au cours de cette expérience suggère que le rat avait un très bon enregistrement du temps et de la séquence temporelle des événements tout au long des 2 heures de l'expérience.»
«Nous avons pu utiliser le signal du réseau de codage temporel pour suivre exactement à quel moment dans l'expérience divers événements s'étaient produits.»
Sucre Jørgen
Enfin, une troisième expérience a obligé les rongeurs à suivre un chemin plus structuré, avec des options plus limitées et moins d'expériences. Dans ce scénario, les rats devaient tourner à gauche ou à droite dans un labyrinthe, tout en cherchant du chocolat.
«Avec cette activité, nous avons vu le signal de codage temporel changer de caractère, passant de séquences uniques dans le temps à un modèle répétitif et se chevauchant partiellement», explique Tsao.
«D'un autre côté, poursuit-il, le signal horaire est devenu plus précis et prévisible au cours de la tâche répétitive.
«Les données suggèrent que le rat avait une compréhension fine de la temporalité à chaque tour, mais une mauvaise compréhension du temps d'un tour à l'autre et du début à la fin tout au long de l'expérience.»
Comment les neurones LEC codent l'expérience
Selon les auteurs de l'étude, «lorsque les expériences des animaux étaient contraintes par des tâches comportementales à devenir similaires dans des essais répétés, le codage du flux temporel entre les essais était réduit, tandis que le codage du temps par rapport au début des essais était amélioré.»
Comme le concluent Tsao et ses collègues, «les résultats suggèrent que les populations de neurones [LEC] représentent le temps par nature à travers le codage de l'expérience.»
En d'autres termes, disent les chercheurs, «l'horloge neurale» du LEC fonctionne en organisant l'expérience en une séquence précise d'événements distincts.
«Notre étude révèle comment le cerveau donne un sens au temps quand un événement est vécu […] Le réseau n'encode pas explicitement le temps. Ce que nous mesurons est plutôt un temps subjectif dérivé du flux continu d’expérience. »
Albert Tsao
Selon les scientifiques, les résultats suggèrent qu'en modifiant les activités et l'expérience, on peut modifier le signal de temps donné par les neurones LEC. Ceci, à son tour, change la façon dont nous percevons le temps.
Enfin, les résultats suggèrent que les souvenirs épisodiques se forment en intégrant les informations spatiales du cortex entorhinal médial avec les informations de la LEC dans l'hippocampe.
Cela permet à «l'hippocampe de stocker une représentation unifiée de quoi, où et quand».
