Pourquoi avons-nous une notion élastique du temps dans notre cerveau

De nouvelles recherches révèlent que l’expérience subjective du temps est liée à l’apprentissage, aux attentes contrariées et à la fatigue neuronale.

Notre sens du temps est peut-être l’échafaudage de toute notre expérience et de notre comportement, mais il est instable et subjectif, se dilatant et se contractant comme un accordéon. Les émotions, la musique, les événements qui nous entourent et les changements d’attention ont tous le pouvoir d’accélérer ou de ralentir le temps. Lorsqu’on nous présente des images sur un écran, nous percevons les visages en colère comme plus durables que les visages neutres, les araignées comme plus durables que les papillons, et la couleur rouge comme plus durable que la couleur bleue. La marmite observée ne bout jamais et le temps passe vite quand on s’amuse.

 

Le mois dernier, dans Nature Neuroscience, un trio de chercheurs de l’Institut Weizmann des sciences en Israël a présenté de nouvelles idées importantes sur ce qui étire et comprime notre expérience du temps. Ils ont trouvé des preuves d’un lien longtemps soupçonné entre la perception du temps et le mécanisme qui nous aide à apprendre par le biais de récompenses et de punitions. Ils ont également démontré que la perception du temps est liée aux attentes constamment actualisées de notre cerveau sur ce qui va se passer ensuite.

Tout le monde connaît l’adage selon lequel « le temps passe vite quand on s’amuse », a déclaré Sam Gershman, un neuroscientifique cognitif de l’université de Harvard qui n’a pas participé à l’étude. « Mais l’histoire complète pourrait être plus nuancée : Le temps passe vite quand on s’amuse plus que prévu ».

Le temps d’apprendre

Le « temps » ne signifie pas seulement une chose pour le cerveau. Les différentes régions du cerveau s’appuient sur des mécanismes neuronaux variés pour suivre son passage, et les mécanismes qui régissent notre expérience semblent changer d’une situation à l’autre.

Mais des décennies de recherche suggèrent que le neurotransmetteur dopamine joue un rôle essentiel dans la façon dont nous percevons le temps. La dopamine a une myriade d’effets sur le temps que nous pensons s’être écoulé dans une période donnée, et ces effets peuvent s’opposer de manière confuse. Certaines études ont montré que l’augmentation de la dopamine accélère l’horloge interne d’un animal, ce qui l’amène à surestimer le temps qui passe ; d’autres ont constaté que la dopamine comprime les événements et les fait paraître plus fugaces ; d’autres encore ont mis en évidence ces deux effets, selon le contexte.

L’association de la dopamine avec la perception du temps est intrigante, en partie parce que le neurotransmetteur est mieux connu pour sa fonction dans les processus d’apprentissage de récompense et de renforcement. Lorsque nous recevons une récompense inattendue, par exemple – dans ce que l’on appelle une erreur de prédiction – nous ressentons une poussée de la substance chimique, qui nous apprend à poursuivre ce comportement à l’avenir.

C’est probablement plus qu’une coïncidence que la dopamine soit si fondamentale pour la perception du temps et les processus d’apprentissage. Les drogues comme la méthamphétamine et les troubles neurologiques comme la maladie de Parkinson modifient ces deux processus et impliquent également des changements dans la dopamine. Et l’apprentissage lui-même – l’association d’un comportement avec son résultat – nécessite de relier un événement à un autre dans le temps. « En réalité, au cœur même des algorithmes d’apprentissage par renforcement se trouve l’information sur le temps », a déclaré Joseph Paton, un neuroscientifique de la Fondation Champalimaud au Portugal. (M. Paton a été chercheur pour la Simons Collaboration on the Global Brain, financée par la Fondation Simons, qui finance également le magazine Quanta).

Mais les scientifiques doivent encore démêler comment et où l’apprentissage par renforcement et la perception du temps sont intégrés dans le cerveau. Au lieu de cela, « les deux domaines sont traditionnellement restés très séparés », a déclaré Martin Wiener, un psychologue de l’Université George Mason. « Personne ne s’est demandé comment l’apprentissage par renforcement affecte le temps, ou vice versa, s’ils utilisent tous deux le même système de neurotransmission ».

La puissance de l’erreur de prédiction

Le nouvel article sur les neurosciences de la nature d’Ido Toren, Kristoffer Aberg et Rony Paz examine cette question de plus près. Les participants à l’étude ont vu deux chiffres clignoter sur un écran, généralement un zéro suivi d’un autre zéro. Le deuxième chiffre était affiché pendant une durée variable, et les participants devaient indiquer lequel des deux durait le plus longtemps. Mais parfois, au hasard, un nombre entier positif ou négatif était présenté à la place de ce second zéro : S’il était positif, les participants étaient récompensés par de l’argent, mais s’il était négatif, de l’argent était retiré en guise de pénalité.

Pour les participants, les conséquences s’alignaient sur les changements de la durée perçue du second stimulus. Lorsque quelque chose d’inattendu mais de bon se produisait – une « erreur de prédiction positive », comme l’appelaient les chercheurs – le stimulus semblait durer plus longtemps. Les mauvaises surprises des erreurs de prédiction négatives faisaient que ces expériences semblaient plus courtes. « Cela nous dit essentiellement que notre perception du temps va être systématiquement biaisée par notre surprise quant aux résultats », a déclaré Matthew Matell, un psychologue de l’université de Villanova qui n’a pas participé à l’étude.

L’histoire complète pourrait être plus nuancée : Le temps passe vite quand on s’amuse plus que prévu.
Sam Gershman, Université de Harvard

L’équipe a montré que cette tendance se maintenait quantitativement, avec une corrélation entre les erreurs de prédiction plus importantes et les distorsions plus importantes du temps perçu. Un modèle d’apprentissage par renforcement qu’ils ont construit a permis de prédire la performance de chaque sujet sur la tâche. Les scanners cérébraux des participants à l’étude ont permis de suivre cet effet dans une région appelée putamen, qui est impliquée dans l’apprentissage moteur et d’autres fonctions.

Bien que d’autres expériences soient nécessaires pour déterminer le mécanisme précis en question (et le rôle de la dopamine), l’étude a des implications pour les modèles d’apprentissage et de perception du temps. Le chien baveux de Pavlov a appris qu’une cloche signifiait de la nourriture, et que la nourriture avait un certain goût – mais aussi que la nourriture était imminente. Pourtant, cette composante temporelle a généralement été reléguée à la périphérie des modèles d’apprentissage par renforcement. Le moment objectif d’une récompense a souvent été incorporé comme variable, mais les aspects subjectifs de la perception du temps sur lesquels le nouveau travail met l’accent ne l’ont pas été.

Un rôle pour la fatigue neurale

Il est peut-être temps de commencer à inclure une partie de cette subjectivité. Si les humains étirent ou contractent leur expérience du temps en réponse à des signaux, cela pourrait également modifier leur perception de la proximité ou de la distance de certaines actions et résultats – ce qui pourrait à son tour influencer la rapidité avec laquelle ces associations sont apprises. Les effets temporels liés aux erreurs de prédiction fournissent également « une caractéristique supplémentaire que les modèles d’apprentissage par renforcement doivent remplir pour être une représentation exacte de ce qui se passe », a déclaré Bowen Fung, un ancien chercheur postdoctoral de l’Institut de technologie de Californie qui travaille maintenant dans une organisation appelée Behavioral Insights Team en Australie.

« Cela met au défi les futurs modélisateurs, ou les personnes qui tentent de développer une compréhension du cerveau, de prendre en compte la façon dont ces deux systèmes sont en interface », a déclaré M. Matell. Gershman et son doctorant John Mikhael ont développé un modèle d’apprentissage qui intègre ces idées, dans lequel les prédictions mentales sont améliorées en ajustant de manière adaptative le flux du temps dans le cerveau.

En réalité, au cœur même des algorithmes d’apprentissage par renforcement se trouve l’information sur le temps.
Joseph Paton, Fondation Champalimaud

Mais les erreurs de prédiction ne sont pas les seuls facteurs qui façonnent notre perception du temps. Prenez une étude publiée la semaine dernière dans le Journal of Neuroscience : Les participants qui ont été exposés de façon répétée à un bref stimulus ont eu tendance à surestimer la durée d’intervalles de temps légèrement plus longs. Selon les chercheurs, cela est probablement dû au fait que les neurones réagissant à des durées plus courtes se sont fatigués, ce qui donne aux neurones accordés à des durées plus longues une plus grande influence sur la façon dont les stimuli ultérieurs étaient perçus. (De même, après avoir été exposés de façon répétée à un long stimulus, les sujets de l’étude ont sous-estimé la durée des intervalles légèrement plus courts).

« En changeant le contexte de la présentation du stimulus, nous pouvons en fait manipuler la façon dont les participants perçoivent ces durées », a déclaré Masamichi Hayashi, un neuroscientifique cognitif de l’Institut national des technologies de l’information et des communications au Japon, qui a mené les travaux avec Richard Ivry de l’Université de Californie à Berkeley. Les scans de l’activité cérébrale ont suggéré qu’une zone du lobe pariétal droit est responsable de cette expérience subjective du temps.

Hayashi et Ivry se sont concentrés sur une région et un mécanisme du cerveau totalement différents de ceux des scientifiques de Weizmann – et pourtant les deux études ont observé un effet bidirectionnel similaire sur la perception du temps. D’une part, cela démontre à quel point les processus de chronométrage sont répartis et diversifiés dans le cerveau. Mais le lobe pariétal droit a des connexions fonctionnelles et anatomiques avec le putamen, a déclaré Hayashi, de sorte que peut-être les interactions des deux produisent une perception plus cohérente du temps. Les règles et les calculs généraux qui rendent ces interactions (et d’autres) possibles peuvent sous-tendre notre expérience du temps, mais tant qu’ils ne sont pas identifiés, les scientifiques ne peuvent que regarder l’horloge – ou les horloges – par anticipation.

Via Quantamagazine

Laisser un commentaire

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.