Dans toute situation où il est essentiel d'estimer précisément une durée de l'ordre de la seconde ou de la minute, le traitement de l'information pertinente semble assuré par un (ou des) processeur(s) temporel(s) interne(s). Plusieurs modèles de réseaux artificiels impliquant un codage spatial ou temporel ont été élaborés pour expliquer comment la durée d'un événement peut être apprise et reproduite. On a proposé en particulier un modèle simple d'accumulateur temporel pour rendre compte des caractéristiques typiquement observées dans les performances temporelles des animaux comme des sujets humains. Un vaste ensemble de données suggère que des impulsions internes s'accumulent du début à la fin de la période à estimer. Le nombre total d'impulsions accumulées déterminerait le jugement temporel, la durée subjective étant d'autant plus longue que ce nombre est élevé. La quantité d'impulsions prises en compte est supposée augmenter en fonction de la durée objective, mais décroître lorsque l'attention du sujet se détourne de la durée à estimer pour se porter sur d'autres paramètres. La nature des impulsions comptabilisées n'est pas élucidée. Il existe dans l'organisme de multiples systèmes oscillatoires, qui pourraient sous-tendre le traitement de l'information non temporelle aussi bien que temporelle. Toutefois, des fluctuations apériodiques pourraient aussi être prises en compte au cours des durées cibles. On a montré depuis longtemps que la prise de stimulants induit un allongement de la durée subjective alors que les sédatifs entraînent l'effet inverse. Ces observations laissent à penser que la vitesse d'accumulation des impulsions peut varier. Les études pharmacologiques réalisées chez l'animal soumis à un programme de conditionnement temporel soulignent le rôle des systèmes dopaminergiques. La substance grise, abondamment pourvue en récepteurs dopaminergiques, suscite un intérêt tout particulier car elle est impliquée dans la maladie de Parkinson qui comprend des déficits temporels. Des recherches neuropsychologiques et électrophysiologiques indiquent par ailleurs que les régions frontales jouent un rôle important dans le traitement des durées brèves, probablement en raison de l'attention qu'exige ce traitement. L'opinion actuelle est que des boucles fronto-striatales rendent compte du processus d'accumulation et des facteurs attentionnels dont il dépend. En outre, le cervelet et l'aire motrice supplémentaire semblent tenir dans les processus d'estimation temporelle un rôle qui dépasse le cadre de leurs fonctions motrices. L'ensemble des structures cérébrales mises en évidence à ce jour concorde avec l'idée de processeurs temporels composites, idée que les données comportementales ont étayée. Il s'agit à présent d'identifier le rôle exact de chaque structure dans les différentes étapes du contrôle temporel.

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