Les modèles d'horloge interne en psychologie du temps - article ; n°4 ; vol.103, pg 617-654

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L'année psychologique - Année 2003 - Volume 103 - Numéro 4 - Pages 617-654
Résumé
L'objectif de cette note théorique est de présenter et de discuter les modèles psychologiques utilisant l'idée d'horloge interne en tant que mécanisme de base du jugement temporel. Dans cette perspective, est d'abord présentée la théorie la plus populaire concevant l'horloge comme un mécanisme composé d'un pacemaker et d'un accumulateur ( « pacemaker-accumulator clock » ). Ensuite, est décrite une théorie plus élaborée du traitement de l'information temporelle, la théorie du temps scalaire ( « scalar timing theory » ), reprenant la notion d'horloge interne. Enfin, deux autres théories sont envisagées, l'une proposant des états comportementaux variables à la base du jugement temporel, et l'autre un système d'oscillateurs.
Mots-clés : temps, horloge interne, modèle.
Summary : Internal clock models in the psychology of time.
The aim of this theoretical review is to present and discuss models in psychology that support the idea of an internal clock as a basic mechanism involved in temporal judgments. Therefore, first we present the most popular theory conceiving an internal clock as a mechanism composed of a pacemaker and an accumulator. Second, we describe a more elaborated theory about the processing of time information, i.e., scalar timing theory. Finally, we present two others theories, one that proposes behavioral states, and the other a neural oscillatory system as the basis of time judgments.
Key words : time, timing, internal clock, model.
38 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.
Publié le : mercredi 1 janvier 2003
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S. Droit-Volet
J. Wearden
Les modèles d'horloge interne en psychologie du temps
In: L'année psychologique. 2003 vol. 103, n°4. pp. 617-654.
Résumé
L'objectif de cette note théorique est de présenter et de discuter les modèles psychologiques utilisant l'idée d'horloge interne en
tant que mécanisme de base du jugement temporel. Dans cette perspective, est d'abord présentée la théorie la plus populaire
concevant l'horloge comme un mécanisme composé d'un pacemaker et d'un accumulateur ( « pacemaker-accumulator clock » ).
Ensuite, est décrite une théorie plus élaborée du traitement de l'information temporelle, la théorie du temps scalaire ( « scalar
timing theory » ), reprenant la notion d'horloge interne. Enfin, deux autres théories sont envisagées, l'une proposant des états
comportementaux variables à la base du jugement temporel, et l'autre un système d'oscillateurs.
Mots-clés : temps, horloge interne, modèle.
Abstract
Summary : Internal clock models in the psychology of time.
The aim of this theoretical review is to present and discuss models in psychology that support the idea of an internal clock as a
basic mechanism involved in temporal judgments. Therefore, first we present the most popular theory conceiving an internal
clock as a composed of a pacemaker and an accumulator. Second, we describe a more elaborated theory about the
processing of time information, i.e., scalar timing theory. Finally, we present two others theories, one that proposes behavioral
states, and the other a neural oscillatory system as the basis of time judgments.
Key words : time, timing, internal clock, model.
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Droit-Volet S., Wearden J. Les modèles d'horloge interne en psychologie du temps. In: L'année psychologique. 2003 vol. 103,
n°4. pp. 617-654.
doi : 10.3406/psy.2003.29656
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_2003_num_103_4_29656L'année psychologique, 2003, 104, 617-654
NOTES
NOTE THÉORIQUE
Laboratoire de Psychologie Sociale de la Cognition1 *
Université Biaise Pascal, UMR CNRS 6024
The University of Manchester**
Department of Psychology, Royaume- Uni
LES MODELES D'HORLOGE INTERNE
EN PSYCHOLOGIE DU TEMPS
Sylvie DROIT- VOLET*2 et John Wearden**2
SUMMARY : Internal clock models in the psychology of time.
The aim of this theoretical review is to present and discuss models in
psychology that support the idea of an internal clock as a basic mechanism
involved in temporal judgments. Therefore, first we present the most popular
theory conceiving an internal clock as a mechanism composed of a pacemaker
and an accumulator. Second, we describe a more elaborated theory about the
processing of time information, i.e., scalar timing theory. Finally, we present
two others theories, one that proposes behavioral states, and the other a neural
oscillatory system as the basis of time judgments.
Key words : time, timing, internal clock, model.
Estimer correctement le temps est essentiel au fonctionne
ment de notre organisme. Quand nous conduisons, par exemple,
l'estimation correcte des durées permet de nous engager au
moment opportun dans des actions sans risque majeur pour
1. 34, avenue Carnot, 63037 Clermont-Ferrand.
2. E-mail : Droit@srvpsy.univ-bpclermont.fr, Wearden@psy.man.ac.uk. Sylvie Droit- Volet et John Wearden 618
notre vie. Nous sommes donc couramment amenés à encoder les
propriétés temporelles des événements, à nous en construire des
représentations et à les utiliser pour l'action.
En raison du rôle fondamental que joue le temps dans la vie
quotidienne, celui-ci a constitué l'un des premiers, voire des plus
importants, sujets de recherche de la psychologie. Cependant, à
l'heure actuelle, en France, on ne trouve aucun manuel récent de
psychologie consacrant un chapitre entier à l'étude du temps
psychologique, à l'exception toutefois de celui-ci de Lejeune et
Macar publié en 1995 dans le Traité de psychologie. Ceci est
d'autant plus surprenant que, depuis les années 1980, la psychol
ogie du temps a connu un véritable regain d'intérêt dû au succès
des récents modèles de traitement de l'information temporelle
fondés sur l'idée de l'existence d'une horloge interne (Allan,
1998).
L'idée que l'organisme serait muni d'une horloge interne
n'est cependant pas nouvelle. Dès 1920, un élève d'Henri Piéron,
François, décide d'entreprendre des recherches afin, comme il le
dit, de « fournir une contribution expérimentale à un problème
qui reste bien peu clair en dépit de nombreuses études qu'il a
déjà suscitées » (François, 1927, p. 187). Or, à la base de ses
recherches se trouve l'idée que le temps subjectif dépend d'un
mécanisme psychophysiologique. Il essaye en effet de montrer
que l'appréciation du temps se modifie lorsque, selon ses termes,
les « processus physiologiques », tout comme les « phénomènes
physio-chimiques », sont accélérés par l'élévation de la tempéra
ture du corps. Dans ses expériences, François (1927) soumet
trois sujets à deux épreuves temporelles, l'une de production
d'un rythme de 3 frappes par seconde et l'autre d'appréciation dans laquelle les sujets doivent arrêter un métro
nome quand ils estiment que la cadence de 4 par seconde est
atteinte. De plus, il leur applique du courant électrique dit « dia-
thermique » (un courant alternatif de haute tension sans dan
ger) qui provoque une élévation générale de la température cor
porelle. Il observe ainsi qu'après diathermie, le nombre de
frappes par seconde augmente. Par exemple, chez le sujet AB, la
cadence de frappe passe de 3,57 pour 37,5° à 4,41 pour 38". On
obtient donc une différence de cadence de 1,20 pour une diff
érence de température de 0,5°.
C'est donc à un Français et, indirectement, à l'Année Psy
chologique qui a publié ses travaux, que l'on doit le premier Les modèles d'horloge interne 619
article scientifique reliant le temps subjectif au fonctionnement
d'une horloge interne. Cependant, comme cet article a été publié
en français, peu de personnes l'ont lu, et les psychologues se sont
plus référés à l'article publié en anglais par Hoagland (1933)
quelques années plus tard. Dans cet article,
développe l'idée de François selon laquelle les distorsions du
temps subjectif (sous ou surestimation du temps) proviendraient
de modifications des rythmes physiologiques, sous l'effet de
changements environnementaux immédiats. Il reprend l'exemp
le de l'élévation de la température du corps en se basant sur des
expériences réalisées sur sa femme souffrant de fortes fièvres.
Depuis, les résultats de nombreuses autres expériences plus ou
moins insolites (où l'on mettait les sujets dans des bains d'eau
froide, dans des chambres surchauffées) ont confirmé que le
temps passe plus vite sous l'effet de l'élévation de la température
du corps (pour une revue de question, voir Wearden et Penton-
Voak, 1995). On a donc clairement établi un lien entre les varia
tions de la température corporelle et celles du temps subjectif, en
admettant l'existence d'une base de temps interne, dont on pou
vait accélérer le rythme.
Ces vingt dernières années, cette idée d'horloge interne a été
réutilisée dans les nouveaux modèles de traitement de l'informa
tion temporelle afin d'expliquer les performances de l'animal et
de l'homme dans une grande variété de tâches. L'objectif de
notre revue est donc de présenter et de discuter ces différents
modèles. Bien que nous ayons choisi de ne présenter que les
modèles d'horloge, il apparaît important de noter qu'il existe
d'autres types modèles (Desmond et Moore, 1991 ; Machado,
1997 ; Staddon et Higa, 1999). Par exemple, Staddon et Higa
(1999) suggèrent que l'évaluation de l'intervalle temporel, dans
une situation de renforcement des réponses à intervalle fixe, se
fasse par l'intermédiaire du déclin des traces en mémoire du ren
forcement précédent. De plus, toutes les conduites temporelles
ne s'expliquent pas par le fonctionnement d'une horloge interne.
Dans certaines situations, l'homme peut porter un jugement
temporel à partir de ses connaissances générales sur les événe
ments. Il peut également déduire des valeurs temporelles à part
ir de caractéristiques non temporelles des événements.
Depuis les travaux pionniers de Hicks, Miller et Kinsbourne
(1976) opposant le «temps prospectif» au «temps rétrospect
if », il existe un consensus selon lequel les situations suscep- 620 Sylvie Droit-Volet et John Wearden
tibles d'impliquer le fonctionnement d'une horloge sont unique
ment celles où le jugement temporel est prospectif. Dans cette
condition, le sujet sait par avance qu'il devra évaluer la durée de
la tâche à laquelle il va être soumis. Le temps est donc ici
une dimension pertinente de la situation (Zakay, 1992). En
revanche, dans la condition de jugement rétrospectif, le sujet
n'est pas prévenu qu'il devra estimer la durée de cette tâche.
Faute d'avoir encode la durée, il fonde alors son jugement tem
porel sur ce qui lui reste en mémoire, c'est-à-dire les informa
tions non temporelles (Block, 1989). Suivant les théories, il juge
la durée sur la base du nombre de changements perçus (Fraisse,
1967), de la complexité de la tâche (Block, 1978), ou de la charge
en mémoire que représente son traitement (Ornstein, 1969).
Nous allons donc maintenant présenter les modèles du
jugement du temps prospectif, en décrivant d'abord la théorie
la plus populaire concevant l'horloge comme un mécanisme
composé d'un pacemaker et d'un accumulateur (pacemaker-
accumulator clock) . Ensuite, nous décrirons une théorie plus éla
borée du traitement de l'information temporelle qui reprend
cette notion d'horloge interne : la théorie du temps scalaire (sca
lar timing theory) . Nous envisagerons enfin deux autres théories,
l'une proposant des états comportementaux variables à la base
du jugement temporel, et l'autre un système d'oscillateurs.
UN SYSTÈME DE « PACEMAKER-ACCUMULATEUR »
L'idée que l'homme posséderait une horloge interne a été
reprise et développée dans un modèle proposé par Treisman
en 1963 (fig. 1). Selon ce modèle, l'horloge interne est composée
d'un pacemaker qui émet en permanence des impulsions, d'un
compteur et d'un interrupteur. Pour bien comprendre le fon
ctionnement d'une telle horloge, on peut prendre en exemple
l'évaluation de la durée d'un stimulus donné (t). Au début du st
imulus, l'interrupteur qui connecte le pacemaker au compteur se
ferme, permettant aux impulsions d'incrémenter le compteur. À
la fin du stimulus, l'interrupteur s'ouvre à nouveau, ce qui coupe
la connexion et interrompt l'incrémentation du compteur. Selon
le modèle de Treisman (1963), la durée subjective dépend donc
du nombre d'impulsions (de « tics ») comptabilisées. I
Les modèles d'horloge interne 621
Specific
arousal
i I i I I I I 1 1 1 I
Pacemaker
A E S Pathway
Counter
Comparator ► Response
r mechanisms
Short-term
memory
store
Verbal
selective
mechanisms
(decoded)
Fig. 1. — Le modèle d'horloge interne de Treisman (1963)
The internal clock model proposed by (1963)
Pour concevoir un modèle de type quantitatif, des hypothès
es doivent être formulées sur la manière dont le pacemaker est
susceptible de fonctionner. Treisman (1963) propose que le pace
maker produise des « tics » de façon régulière. Toutefois, la plu
part des autres modèles rejettent cette hypothèse et envisagent
une distribution des « tics » selon une loi de Poisson (Creelman,
1962 ; Gibbon, 1977). Il s'agit ici d'un mécanisme produisant des
impulsions de manière aléatoire, mais à un taux constant, en
moyenne. L'intervalle temporel entre deux tics reste donc
imprévisible mais, sur une longue période de temps, le taux
moyen de tics par seconde est fixe.
Le fait de concevoir un pacemaker de type « Poisson »
conduit à attribuer un certain nombre de propriétés au jugement
temporel. Parmi celles-ci, on trouve la propriété de linéarité.
Selon cette propriété, si le pacemaker produit des impulsions à
un certain taux moyen constant, alors les impulsions s'accumul
ent dans le compteur comme une fonction linéaire du temps
réel. Par exemple, si n tics sont accumulés pendant un Sylvie Droit- Volet et John Wearden 622
réel, t, alors, en moyenne, In tics seront accumulés en 2t, 3n en 3t
et ainsi de suite. Le contenu du compteur interne augmente donc
de façon linéaire avec la durée réelle. La plupart des recherches
valident ces prédictions (Gibbon, 1977, Wearden et McShane,
1988), malgré une tendance à obtenir une surestimation des
durées courtes et une sous-estimation des durées longues (loi de
Vierordt, voir Fraisse, 1967).
COMMENT UN SYSTEME
DE « PACEMAKER- ACCUMULATEUR »
EXPLIQUE-T-IL LES VARIATIONS
DU TEMPS SUBJECTIF ?
Le modèle d'horloge interne suppose que la représentation
du temps soit juste. Toutefois, il existe de nombreux cas où l'on
observe des variations du temps subjectif par rapport au temps
objectif. Comment ce modèle d'horloge interne permet-il alors
d'expliquer ces variations ? Comme nous allons le voir, deux
principales explications sont avancées, l'une concernant la
vitesse du pacemaker et l'autre le délai de fermeture et
d'ouverture de l'interrupteur.
DES VARIATIONS AU NIVEAU DE LA VITESSE DU PACEMAKER
Le premier cas que nous prendrons ici en illustration est
celui de deux événements d'une même durée mais qui sont
jugés de longueur différente. L'exemple le plus connu est celui
du stimulus auditif jugé plus long que le stimulus visuel (Gold-
stone et Lhamon, 1974). Plusieurs travaux montrent que cette
différence de jugement temporel entre l'auditif et le visuel s'ex
plique par une vitesse du pacemaker différente pour chaque
modalité sensorielle (Penney, Allan, Meek et Gibbon, 1998 ;
Penney, Gibbon et Meck, 2000 ; Wearden, Edwards, Fakhri et
Percival, 1998).
En fait, dans le cas où l'on supposerait une variation de la
vitesse du pacemaker, le modèle mathématique de l'horloge
interne permet de faire de fortes prédictions sur le comporte
ment. Si la vitesse du pacemaker est plus rapide pour un stimu- modèles d'horloge interne 623 Les
lus a qu'un stimulus b, alors qu'ils sont de même durée, un
nombre de tics plus important sera associé au stimulus a qu'au
stimulus b, et du même coup le premier sera jugé plus long que le
second. De plus, la différence de représentation temporelle entre
ces deux stimuli sera d'autant plus importante que les durées
seront longues. Avec un stimulus court, inférieur à 1 s, par
exemple, les effets d'un changement du nombre de tics par unité
de temps sont effectivement moins visibles qu'avec un stimulus
long de 10 s. Dans cette perspective, si les jugements temporels
pour des durées différentes sont rapportés à une échelle de temps
réel, une hypothèse relative à la vitesse de pacemaker permet
également de prédire que les courbes des deux fonctions psycho
physiques des estimations différeront principalement du point
de vue de leur pente.
Pour rendre compte des variations possibles de la vitesse du
pacemaker, on peut également prendre comme exemple les étu
des où l'on manipule expérimentalement sa vitesse par l'admi
nistration d'une substance pharmacologique (Maricq, Roberts
et Church, 1981 ; Meek, 1983, pour une revue, voir Meck, 1996).
La première, et certainement la plus belle étude dans ce
domaine, est celle réalisée par Maricq, Roberts et Church (1981)
chez le rat avec plusieurs types de tâches temporelles dont celle
de bissection. Dans la tâche de bissection, l'animal apprend à
discriminer une durée standard courte d'une durée standard
longue. Puis, dans une phase test, on lui présente à plusieurs
reprises 7 durées de comparaison, 2 correspondant aux durées
standard et 5 autres à des durées de valeur intermédiaire, l'an
imal devant catégoriser ces en tant que standard court
ou long. Le moyen généralement utilisé pour représenter les
résultats obtenus dans ce type de tâche consiste à construire
une courbe psychophysique reliant la proportion de réponses
« long » (durée identifiée comme le standard long) à la valeur du
stimulus de comparaison. Comme on peut le voir sur la figure 2,
on observe ainsi une courbe psychophysique qui augmente avec
la durée du stimulus de comparaison : plus la durée de celui-ci
est longue et plus la proportion de réponses « long » est élevée.
L'objectif de l'étude de Maricq et al. (1981) est de démontrer
que l'administration de méthamphétamine, une drogue accélé
rant la production d'un neuromédiateur appelé dopamine,
entraîne une surestimation du temps due à une accélération du
rythme de l'horloge interne et non à une réduction de la latence 624 Sylvie Droit- Volet et John Wearden
de fermeture de l'interrupteur. Pour atteindre cet objectif,
Maricq et al. (1981) utilisent 3 gammes différentes de durées :
l'une allant de 1 à 4 s, l'autre de 2 à 8 s et la dernière de 4 à 16 s.
Le raisonnement de Maricq et al. (1981) est que, si la drogue aug
mente la rapidité de fermeture de l'interrupteur, son effet en te
rmes de surestimation temporelle (plus de tics étant passés dans
le compteur avec une fermeture plus rapide de l'interrupteur)
sera constant quelle que soit la gamme de durées utilisée. En
revanche, si cette drogue accélère bien le rythme de l'horloge,
son effet sur l'estimation temporelle sera proportionnel à la
gamme de durées utilisée. Ainsi, dans le premier cas, on a un
effet de type additif (durée subjective = effet drogue + effet
durée), et, dans le second, un effet de type multiplicatif (durée
subjective = effet drogue x effet durée).
SIGNAL DURATION (sec)
Fig. 2. — Les effets de l'administration de méthamphétamine sur les courbes
psychophysiques obtenues chez le rat dans une tâche de bissection temporelle
avec 3 gammes de durées différentes : 1 vs 4 s, 2 vs 8 s, et 4 vs 16 s (Maricq et al.,
1981)
Effects of administration of méthamphétamine on the temporal bisection
functions in rats with 3 different duration ranges : 1 vs 4 s, 2 vs 8 s and 4 vs 16
(Maricq et al., 1981)
Pour chaque gamme de durées, Maricq et al. (1981) testent
donc les rats en bissection temporelle dans trois conditions expé
rimentales, une sans injection et deux après injection de sub
stance pharmacologique : la première après de solution
saline (pour contrôle) et la seconde injection de métham- Les modèles d'horloge interne 625
phétamine. Il apparaît qu'il n'y a pas de différence significative
entre la courbe psychophysique de la condition sans injection et
celle de la condition après injection de solution saline. Du reste,
entre ces trois conditions, il n'y a aucun changement du point
d'indifférence subjective, appelé également point d'égalité sub
jective (stimulus pour lequel on obtient 50 % de réponses
« long »). En revanche, comme on peut le voir sur la figure 2, il y
a un décalage significatif vers la gauche de la courbe psychophys
ique obtenue après l'injection de méthamphétamine par rap
port à celle obtenue après l'injection de solution saline, ainsi
qu'une diminution significative du point d'égalité subjective.
Après l'administration de méthamphétamine, le rat produit
donc plus de réponses « long » pour chaque valeur du stimulus
de comparaison. En d'autres termes, il les surestime, comme cela
était prédit. De plus, on peut constater que l'amplitude de cette
surestimation est d'autant plus importante qu'il s'agit d'une
valeur temporelle élevée. On obtient donc un effet de type multi
plicatif et non additif, révélant que l'administration de méthamp
hétamine affecte bien la vitesse de l'horloge interne en accélé
rant son rythme. Depuis, Meck (1983) a montré que l'on peut
aussi ralentir son rythme en administrant à l'animal de
l'haloperidol, une substance qui inhibe la production de dopa-
mine et entraîne une sous-estimation du temps.
Les résultats des études pharmacologiques menées chez
l'animal ont été répliqués chez l'homme (Rammsayer, 1997,
1999). Il a été également montré que les capacités de perception
du temps sont altérées chez les patients souffrant de la maladie
de Parkinson due à une dégénérescence des cellules nerveuses
produisant la dopamine (Artieda et Pastor, 1996 ; Artieda, Past
or, Lacruz et Obeso, 1992 ; Malapani, Rakitin, Levy, Meck,
Deweer, Dubois et Gibbon, 1998 ; Rammsayer et Classen, 1997).
Toutefois, chez l'homme, ce sont probablement les expériences
de Treisman et de ses collaborateurs qui illustrent le mieux com
ment l'on peut manipuler la vitesse de notre horloge interne. En
effet, Treisman, Faulkner, Naish et Brogan (1990) ont mis au
point une technique très simple consistant à faire précéder ou à
accompagner le stimulus, dont la durée doit être évaluée, d'un
train de stimulations répétitives (clicks ou flashes), ce qui a pour
effet d'élever le niveau d'éveil et d'augmenter la vitesse du pace
maker. En reprenant cette technique, Penton-Voak, Edwards,
Percival et Wearden (1996) montrent qu'un train de clicks, pou-

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