Experiencing free will: electrophysiological correlates of preparation and monitoring of intentional actions

In the last decades there has been growing interest in cognitive neuroscience for the understanding of neural underpinnings of voluntary motor actions. The interest in willed behaviour is somehow fuelled by the philosophical problem of free will. A fundamental aspect of the experience of free will is the experience of intention, that is, the experience of planning or being about to do something. The aim of the present thesis was to examine neurophysiological processes associated with preparation and monitoring of intentional actions, by employing Event-Related Potentials (ERP). In Experiment 1, I examined whether action-monitoring (i.e. processes reflecting the monitoring of the consequences of actions) is involved in the subjective experience of intention. In particular, an intentional action task and an action-monitoring approach were combined in order to investigate whether post-action ERP components reflecting action-monitoring are involved in people’s experience of ‘when’ they become aware of their intention to act. Although the idea that post-action events can influence the reported time of intentions might seem counterintuitive, empirical evidence suggests that intentions can be partially inferred from events occurring after action execution. Here it was demonstrated that the time at which people become aware of their intention to act is partially inferred from the apparent time of the motor response, rather than the actual response. In addition, a specific ERP component, namely action-effect negativity (Nae), was found to reflect the comparison between the representation of the expected action effect and the actual effect. These findings suggest that conscious intentions are not entirely based on action preparation processes, but they are partially inferred from post-action events. Experiment 2 extended this finding by showing that ERP components reflecting motor preparation and action-monitoring are specifically enhanced in intentional actions. Participants performed self-paced voluntary actions and attended either to their intention to act or to the actual movement. When they attended to their intention, brain activity reflecting motor preparation – i.e. the readiness potential (RP) – was increased. This result confirms previous evidence that preparation of intentional actions involves the anticipation of the effects of the action itself and that the representation of the intended effect is reflected by the RP. Also the Nae was larger when participants attended to their intention, as compared to when they attended to the movement. This finding is taken as evidence that action-monitoring plays a crucial role in binding together the representation of the intended outcome and the actual action-effect. Experiment 3 aimed at investigating whether brain correlates of intentional motor preparation can be influenced by abstract beliefs such as beliefs about free will. Neurophysiological activity was recorded while participants executed self-paced key presses and we found that the RP, that reflects intentional action preparation, was reduced in individuals previously induced to disbelieve in human will. This effect was evident more than 1 second before participants consciously decided to move, suggesting that our manipulation affects intentional actions at a preconscious stage. These findings indicate that abstract belief systems might have a much more fundamental impact than we ever thought.

Negli ultimi decenni si è sviluppato, nell’ambito delle neuroscienze cognitive, un crescente interesse per la comprensione delle basi neurofisiologiche delle azioni intenzionali. Il comportamento intenzionale, o volontario, è strettamente connesso al problema filosofico del libero arbitrio. Un aspetto importante dell’esperienza volitiva è l’esperienza di intenzione, che può essere definita come la consapevolezza di pianificare o di essere sul punto di fare qualcosa volontariamente. L’obiettivo della ricerca era di studiare i processi neurofisiologici associati alla preparazione e al monitoraggio delle azioni volontarie tramite l’utilizzo dei Potenziali Evento-Relati (ERP). Nell’Esperimento 1, si è voluto indagare se i processi che riflettono il monitoraggio degli effetti di un’azione motoria siano implicati nell’esperienza soggettiva di intenzione. In particolare, un compito ideato per lo studio dell’azione intenzionale è stato combinato con un approccio derivato dalla letteratura sul monitoraggio dell’azione, al fine di esaminare se componenti ERP seguenti all’azione motoria fossero implicate nell’esperienza di quando la persona ritiene di aver avuto l’intenzione di agire. L’idea che eventi successivi all’azione possano influenzare l’esperienza dell’intenzione, può sembrare controintuitiva; tuttavia evidenze empiriche hanno dimostrato che le intenzioni possono basarsi, almeno parzialmente, su un processo inferenziale che deriva dalla valutazione di eventi successivi all’esecuzione dell’azione. I risultati dell’esperimento hanno dimostrato che nel riportare quando hanno avuto l’intenzione, i soggetti erano influenzati dalla risposta apparente, derivante da una manipolazione del feedback uditivo, piuttosto che dalla effettiva risposta motoria. Inoltre, una specifica componente ERP, denominata action-effect negativity (Nae), era legata al confronto tra la rappresentazione degli effetti attesi dell’azione e quegli effettivi. Questi risultati dimostrano che le intenzioni coscienti non sono basate solamente su processi legati alla preparazione dell’azione, ma sono influenzate anche da processi di tipo inferenziale. Nell’Esperimento 2 sono stati approfonditi gli aspetti legati al monitoraggio dell’azione indagati nel primo esperimento. È stato dimostrato che componenti ERP associate sia alla preparazione che al monitoraggio dell’azione motoria sono più pronunciate nelle azioni intenzionali. I soggetti eseguivano dei semplici movimenti (pressione pulsante), in modo del tutto volontario e senza costrizioni temporali. Durante il compito, i soggetti dovevano prestare attenzione alla loro intenzione ricompiere il movimento oppure al movimento stesso. Quando prestavano attenzione all’intenzione, l’attività neurofisiologica associata alla preparazione motoria, rappresentata dal readiness potential (RP), era maggiore. In linea con precedenti evidenze sperimentali, questo risultato indica che nelle azioni intenzionali gli effetti dell’azione stessa vengono anticipati e che la rappresentazione degli effetti è associata al RP. Inoltre, anche l’ampiezza della Nae era maggiore quando i soggetti prestavano attenzione all’intenzione, rispetto a quando essi prestavano attenzione al movimento stesso. Da una parte, questo risultato suggerisce che il monitoraggio dell’azione ha un ruolo nel confrontare la rappresentazione degli effetti attesi e la rappresentazione degli effetti effettivi; dall’altra, enfatizza il ruolo dei processi di monitoraggio nell’esperienza soggettiva dell’azione intenzionale. L’Esperimento 3 aveva l’obiettivo di indagare se i correlati neurofisiologici di preparazione motoria possono essere modulati da credenze astratte sul libero arbitrio. È stata registrata l’attività neurofisiologica mentre ai soggetti veniva chiesto di premere a piacimento un pulsante, senza alcuna costrizione temporale. È stato evidenziato che i soggetti indotti a credere che il libero arbitrio è un’illusione mostravano un ridotto RP. Questo effetto, che dimostra una riduzione dell’attività neurofisiologica associata alla preparazione del movimento, era evidente più di un secondo prima che i soggetti decidessero di effettuare il movimento. Ciò suggerisce che indurre una prospettiva deterministica, in cui il libero arbitrio viene considerato un’illusione, ha un effetto nelle stadi pre-consci della preparazione delle azioni intenzionali. Questi risultati dimostrano che sistemi astratti di credenze, come la credenza nel libero arbitrio, hanno un impatto ad un livello molto basilare del comportamento umano.