Les SEM sont des systèmes évolutifs particuliers introduits pour modéliser des systèmes naturels auto-régulés, tels des systèmes biologiques, neuronaux ou sociologiques. Ces systèmes sont ouverts, auto-organisés avec une hiérarchie de niveaux de complexité plus ou moins grande, imbriqués entre eux; ils sont capables de mémoriser leurs expériences et de s'adapter à des conditions variables en modifiant leur comportement.

L'architecture d'un SEM est un compromis entre un processus parallèle avec organisation modulaire (du type système multi-agents) et un réseau associatif hiérarchique. En effet, sa dynamique est modulée par les interactions coopératives et/ou compétitives entre un réseau d'organes de régulation partielle internes, les CoRégulateurs (CR), dont chacun opére à son propre niveau de complexité et selon sa temporalité particulière. Leur dialectique via boucles fonctionnelles et les contraintes structurelles et temporelles qu'elle impose sont responsables de l'émergence de phénomènes complexes adaptatifs, tel le développement de processus cognitifs d'ordre supérieur pour un organisme.

Plus précisément, un Système Evolutif avec Mémoire (abrégé en SEM) est un système évolutif hiérarchique sur un temps de référence continu, muni d'une pondération associant à chaque lien son délai de propagation, et dans lequel différents sous-systèmes évolutifs sont distingués:

• Une Mémoire (Mem) hiérarchique qui se développe au cours du temps, éventuellement par formation de niveaux de plus en plus complexes (via des complexifications successives). Elle permet que le système s'adapte à son environnement en utilisant ses expériences antérieures, ce qui évite une analyse multiple d'une même situation, et conduit à une réponse plus rapide.

• Un réseau de sous-systèmes évolutifs, appelés Corégulateurs (abrégé en CR) dont les composants (ou agents) ont des niveaux de complexité différents selon le CR. Chaque CR a une échelle de temps propre, formée d'une suite d'instants particuliers du temps de référence, selon laquelle il est capable d'opèrer un processus d'apprentissage par essais-erreurs; il a un accès différentiel à la mémoire centrale qu'il aide à développer en mémorisant ses expériences successives.

Les CR de niveaux inférieurs peuvent représenter des modules spécialisés en relation avec l'extérieur; dans les niveaux supérieurs, on a des CR associatifs, opérant plus lentement, et coordonnant l'activité d'un certain nombre de CR inférieurs, soit directement, soit indirectement par les contraintes qu'ils leur imposent.. Le réseau des CR ne forme pas à proprement parler une hiérarchie, car il peut y avoir plusieurs CR de même niveau (dits parallèles), éventuellement avec des temporalités différentes (penser à la différence de temporalité entre campagne et ville dans une nation). Un agent peut appartenir à plusieurs CR.

Par exemple, dans une multinationale, les CR seraient les organes de direction des différentes succursales, mais aussi des différents services dans chacune d'elles. Dans un système neuronal, les CR inférieurs reçoivent des messages de l'extérieur, et on distingue des CR "couleur", "forme",... ; le cortex contient des CR associatifs de plus en plus complexes.