Sei mai andato avanti mangiando quel pezzo di cioccolato, nonostante pensavi di potergli resistere? Prendi inavvertitamente decisioni perché hai fame o freddo? In altre parole, hai mai pensato che l’elaborazione dei segnali corporei interni possa interferire con la tua capacità di agire liberamente?
Questa linea di pensiero è al centro della ricerca che mette in discussione la nostra capacità di agire in regime di libero arbitrio. Sappiamo già che i segnali interni del nostro corpo, come ad esempio il battito cardiaco, influenzano i nostri stati mentali; inoltre possono essere utilizzati per ridurre la percezione del dolore e sono di fondamentale importanza per l’autocoscienza corporea. Grazie a una nuova ricerca, si scopre che questi segnali corporei influenzano davvero gli atti di volizione.
Gli scienziati della Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), in Svizzera, hanno dimostrato che è più probabile che si inizi una decisione volontaria mentre si espira. Pubblicati su Nature Communications, questi risultati propongono una nuova prospettiva su un dibattito neuroscientifico di quasi 60 anni sul libero arbitrio e il coinvolgimento del cervello umano.
“Mostriamo che l’azione volontaria è effettivamente legata allo stato interiore del corpo, in particolare con la respirazione e l’espirazione, ma non con altri segnali corporei, come il battito cardiaco“, spiega Olaf Blanke, della Fondazione EPFL.
Al centro di questi risultati c’è il potenziale di prontezza (RP, readiness potential), un segnale di attività cerebrale osservato nella corteccia cerebrale che appare non solo prima del movimento volontario dei muscoli, ma anche prima che ci si accorga della propria intenzione di muoversi. L’RP è la firma dell’azione volontaria poiché appare costantemente nelle misurazioni dell’attività cerebrale proprio prima degli atti di libero arbitrio (come essere consapevoli che si vuole raggiungere il cioccolato).
Le interpretazioni del RP sono state discusse per decenni. Alcuni interpretano l’RP per dimostrare che il libero arbitrio è un’illusione, poiché l’RP precede l’esperienza cosciente del libero arbitrio stesso. Sembra mostrare che il cervello si impegna a prendere una decisione (es. il cioccolato) prima ancora di essere “consapevolmente consapevoli” di aver preso quella decisione. Più recentemente, è stato suggerito che l’RP potrebbe essere un artefatto della misurazione, mettendo potenzialmente il libero arbitrio al nostro comando.
Ma se riteniamo che le nostre decisioni consapevoli derivino da una cascata di neuroni stimolati, allora l’origine del RP potrebbe effettivamente fornire informazioni sui meccanismi che portano all’azione volontaria e al libero arbitrio. Il modo in cui i neuroni del cervello lavorano insieme per prendere una decisione è ancora poco compreso. La nostra esperienza cosciente di libero arbitrio, intesa come la nostra capacità di prendere decisioni liberamente, può quindi essere strettamente connessa al resto del nostro corpo.
I risultati dell’EPFL suggeriscono che l’origine della RP è legata alla respirazione, fornendo una nuova prospettiva sulle esperienze di libero arbitrio: il ciclo regolare di respirazione fa parte del meccanismo che porta al processo decisionale consapevole e agli atti di libero arbitrio. Inoltre, abbiamo maggiori probabilità di avviare movimenti volontari mentre espiriamo.
Questi risultati suggeriscono che il modello di respirazione può essere usato per prevedere “quando” le persone iniziano un’azione volontaria. I modelli di respirazione potrebbero anche essere usati per prevedere il comportamento del consumatore, come quando facciamo quel clic sul pulsante di un carrello e-commerce. I dispositivi medici che utilizzano interfacce cervello-computer potrebbero essere sintonizzati e migliorati in base alla respirazione. L’accoppiamento respiro-azione potrebbe essere utilizzato nella ricerca e negli strumenti diagnostici per i pazienti con deficit nel controllo volontario dell’azione, come disturbi ossessivi compulsivi, morbo di Parkinson e sindromi di Tourette. Blanke e Hyeong-Dong Park, primo autore di questa ricerca, hanno depositato un brevetto basato su questi risultati.
Più in generale, i risultati dell’EPFL suggeriscono che gli atti di libero arbitrio sono influenzati dai segnali di altri sistemi del corpo. Cedere al bisogno di mangiare quel cioccolato può dipendere più dai segnali interni del tuo corpo di quanto tu possa immaginare!
Blanke elabora: “Quell’azione volontaria, un’azione interna o autogenerata, accoppiata a un segnale interocettivo, la respirazione, può essere solo un esempio di come gli atti di libero arbitrio sono ostaggi di una miriade di stati del corpo interno e l’elaborazione del cervello di questi segnali interni. È interessante notare che tali segnali hanno anche dimostrato di essere rilevanti per l’autocoscienza“.
La connessione intestino-mente è un campo attivo di ricerca e i messaggi interocettivi inviati al cervello hanno sicuramente un impatto sul desiderio di cibo. Per ora, quest’ultima ricerca dell’EPFL migliora “solo le previsioni su quando ti abbandonerai a quel desiderio, e non su ciò che desideri davvero“.
Atti di libero arbitrio e stati interiori del corpo
La visione prevalente nelle neuroscienze è che la coscienza è un fenomeno emergente del cervello. L’attivazione dei neuroni del cervello porta alla coscienza e alla sensazione di libero arbitrio o di azione volontaria. Appartenendo all’universo fisico, l’attività elettrica del cervello entro i limiti dell’anatomia, è soggetta alle leggi della fisica. In questo senso, i segnali cerebrali che codificano il corpo, i polmoni e il cuore potrebbero influenzare naturalmente anche gli stati cognitivi del cervello e quindi influenzare gli atti di libero arbitrio.
Per verificare se l’RP dipende dallo stato interno del corpo e dalla sua rappresentazione cerebrale, Blanke e colleghi al Campus Biotech di Ginevra hanno chiesto a 52 soggetti di premere un pulsante a piacimento. Gli elettroencefalogrammi hanno monitorato l’attività cerebrale, e sono state registrate anche l’attività respiratoria e l’attività cardiaca.
Gli scienziati hanno scoperto che l’RP e l’azione volontaria (premere il pulsante) sono collegati allo stato interiore del corpo – il normale ciclo respiratorio – ma non al battito cardiaco. I partecipanti hanno iniziato i movimenti volontari più frequentemente durante un’espirazione rispetto a un’inalazione e non erano completamente consapevoli di questo accoppiamento respiro-azione. L’RP è stato anche modulato a seconda del ciclo respiratorio.
Lo scienziato Hyeong-Dong Park spiega: “L’RP non corrisponde più solo all’azione volontaria di preparazione inconscia dell’attività corticale. L’RP, almeno in parte, riflette l’elaborazione corticale correlata alla respirazione che è accoppiata all’azione volontaria. Più in generale, suggerisce che il controllo motorio di livello superiore, come l’azione volontaria, è modellato o influenzato dall’atto motorio involontario e ciclico dei nostri organi interni del corpo, in particolare i polmoni“.
Il potenziale di prontezza e le interpretazioni
Filosofi, psicologi e, più recentemente, neuroscienziati hanno discusso a lungo della nostra capacità di agire liberamente. Il significato del potenziale di prontezza (RP) è stato messo in discussione sin dalla sua scoperta da parte dei neuroscienziati Hans Helmut Kornhuber e Lüder Deecke nel 1965, e in seguito riguardo alla sua relazione con il libero arbitrio negli esperimenti del neuroscienziato Benjamin Libet.
L’intero cervello è costituito da circa 100 miliardi di neuroni e ogni singolo neurone trasmette segnali elettrici mentre il cervello è attivo. Gli elettrodi posizionati sulla testa possono misurare l’attività elettrica collettiva dei neuroni del cervello, visti come linee ondulate chiamate elettroencefalogramma (EEG).
Nel 1965, i neuroscienziati Hans Helmut Kornhuber e Lüder Deecke condussero un esperimento fondamentale per testare l’azione volontaria e scoprirono un modello ricorrente di attività cerebrale. Posizionarono gli elettrodi EEG sopra la testa del soggetto e chiesero al soggetto di premere un pulsante a piacimento. Kornhuber e Deecke scoprirono che l’EEG mostrava costantemente una pendenza crescente di linee ondulate, il potenziale di prontezza appunto, un secondo o più prima del movimento volontario.
All’inizio degli anni ’80, il neuroscienziato Benjamin Libet ha ulteriormente testato il rapporto tra RP e consapevolezza cosciente o intenzione di azione volontaria. I suoi risultati altamente influenti mostrarono che circa 200 ms prima che i suoi soggetti premessero il pulsante, erano consapevoli dell’impulso o dell’intenzione di agire, qualcosa che Libet chiamava il “tempo W”, eppure il RP lo precedeva costantemente.
Libet ha suggerito che questi risultati hanno dimostrato che ancor prima di prendere una decisione consapevole di azione volontaria, il cervello era già inconsciamente attivato e coinvolto nella pianificazione dell’azione.
Alcuni hanno interpretato la relazione tra RP e tempo W come un’indicazione che il libero arbitrio umano possa essere un’illusione. L’RP è visto come il cervello che si impegna a prendere una decisione (premere il pulsante) prima che il soggetto sia persino consapevole di aver preso quella decisione. Se l’impegno per una decisione viene preso prima ancora che ne siamo consapevoli, allora quale meccanismo sta prendendo la decisione per noi?
Per il neuroscienziato che considera la coscienza derivare dall’attività cerebrale (rispetto all’attività cerebrale derivante dalla coscienza), i risultati di Libet potrebbero non sorprendere, poiché l’esperienza cosciente del libero arbitrio è vista come un fenomeno emergente di attività cerebrale.
Tuttavia, i risultati di Libet sono in conflitto con la nozione di libero arbitrio e azione volontaria nella filosofia della mente, nella psicologia popolare, nella cultura e nelle questioni legali.
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Lo studio
- Hyeong-Dong Park, Coline Barnoud, Henri Trang, Oliver A. Kannape, Karl Schaller, Olaf Blanke. Breathing is coupled with voluntary action and the cortical readiness potential. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-13967-9
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