61-2021
Neuroscience 06 de Fevereiro de 2020
As ações voluntárias estão ligadas ao estado interno do corpo, especificamente respiração e expiração, mas não batimentos cardíacos.
Fonte: EPFL
Você já comeu aquele pedaço de chocolate, apesar de tudo?
Você inadvertidamente toma decisões porque está com fome ou com frio? Em outras palavras, o processamento do cérebro de sinais corporais internos interfere na sua capacidade de agir livremente?
Essa linha de pensamento está no cerne da pesquisa que questiona nossa capacidade de agir com base em pensamentos de livre arbítrio. Já sabemos que os sinais do corpo interno, como os batimentos cardíacos, afetam nossos estados mentais, podem ser usados para reduzir a percepção da dor e são de fundamental importância para a autoconsciência corporal.
Graças a uma nova descoberta, descobriu-se que esses sinais internos do corpo realmente afetam os atos da vontade.
Cientistas da EPFL na Suíça demonstraram que é mais provável que você inicie uma decisão voluntária ao expirar. Publicadas na edição de hoje da Nature Communications, essas descobertas propõem um novo ângulo em um debate neurocientífico de quase 60 anos sobre o livre arbítrio e o envolvimento do cérebro humano.
“Nós mostramos que a ação voluntária está realmente ligada ao estado interno do seu corpo, especialmente com a respiração e a expiração, mas não com alguns outros sinais corporais, como os batimentos cardíacos”, explica Olaf Blanke, Presidente Bertarelli da Fundação EPFL em Neuroprostética Cognitiva e autor sênior.
No centro desses resultados está o potencial de prontidão (RP), um sinal da atividade cerebral observada no córtex humano que aparece não apenas antes do movimento muscular voluntário, mas também antes que se perceba a intenção de se mover. O RP é a assinatura da ação voluntária, uma vez que aparece consistentemente nas medições da atividade cerebral logo antes de atos de livre arbítrio (como estar ciente de que se deseja alcançar o chocolate).
As interpretações do PR têm sido debatidas há décadas. Alguns interpretam o PR para mostrar que o livre arbítrio é uma ilusão, uma vez que o PR precede a experiência consciente do livre arbítrio. Parece mostrar que o cérebro se compromete com uma decisão (chocolate) antes mesmo de estarmos conscientes de que tomamos essa decisão.
Mais recentemente, foi sugerido que o RP poderia ser um artefato de medição, potencialmente colocando o livre arbítrio de volta em nosso comando.
Mas se considerarmos que nossas decisões conscientes surgem de uma cascata de neurônios em atividade, então a origem do RP pode realmente fornecer uma visão dos mecanismos que levam à ação voluntária e ao livre arbítrio. A forma como os neurônios do cérebro trabalham juntos para chegar a uma decisão ainda é mal compreendida. [Veja os padrões ocultos de atividade cerebral revelados pela topologia algébrica de dimensão superior.] Nossa experiência consciente de livre arbítrio, nossa capacidade de tomar decisões livremente, pode então ser intrinsecamente ligada ao resto do nosso corpo.
Os resultados da EPFL sugerem que a origem do FR está ligada à respiração, proporcionando uma nova perspectiva sobre as experiências de livre arbítrio: o ciclo regular de respiração faz parte do mecanismo que leva à tomada de decisão consciente e aos atos de livre arbítrio. Além disso, é mais provável que iniciemos movimentos voluntários ao expirar. (Você alcançou aquele pedaço de chocolate durante a expiração?)
Essas descobertas sugerem que o padrão de respiração pode ser usado para prever "quando" as pessoas começam a ação voluntária. Seus padrões de respiração também podem ser usados para prever o comportamento do consumidor, como quando você clica naquele botão. Dispositivos médicos que usam interfaces cérebro-computador podem ser ajustados e aprimorados de acordo com a respiração. O acoplamento respiração-ação poderia ser usado em ferramentas de pesquisa e diagnóstico para pacientes com déficits no controle da ação voluntária, como transtornos obsessivos compulsivos, doença de Parkinson e síndromes de Tourette. Blanke e Hyeong-Dong Park, primeiro autor desta pesquisa, registraram uma patente com base nessas descobertas.
Livre arbítrio sequestrado por sinais interoceptivos?
De forma mais geral, os resultados da EPFL sugerem que os atos de livre arbítrio são afetados por sinais de outros sistemas do corpo. Sucumbir a esse desejo de comer chocolate pode depender mais dos sinais internos do seu corpo do que você pode imaginar!
Blanke elabora: "Essa ação voluntária, uma ação interna ou autogerada, é acoplada a um sinal interoceptivo, a respiração, pode ser apenas um exemplo de como atos de livre arbítrio são reféns de uma série de estados internos do corpo e do processamento cerebral de esses sinais internos. Curiosamente, tais sinais também se mostraram relevantes para a autoconsciência. ”
Você pode ficar tentado a culpar os atos de ingestão excessiva de chocolate por sinais elétricos interoceptivos que sequestram seu livre arbítrio. A conexão intestino-mente é um campo ativo de pesquisa e as mensagens interoceptivas enviadas ao cérebro certamente impactam os desejos por comida. Por enquanto, esta última pesquisa EPFL apenas melhora as previsões de quando você vai se entregar a esse desejo, e não o que você realmente deseja.
Atos de livre arbítrio e estados internos do corpo
A visão predominante na neurociência é que a consciência é um fenômeno emergente do cérebro. O disparo dos neurônios do cérebro leva à consciência e ao sentimento de livre arbítrio ou ação voluntária. Por pertencer ao universo físico, a atividade elétrica do cérebro, dentro das restrições da anatomia, está sujeita às leis da física. Nesse sentido, os sinais cerebrais que codificam o corpo, os pulmões e o coração também podem afetar naturalmente os estados cognitivos do cérebro e, portanto, influenciar os atos de livre arbítrio.
Para testar se o RP depende do estado interno do corpo e da representação do cérebro dele, Blanke e seus colegas pediram a 52 participantes que pressionassem um botão à vontade no Campus Biotech em Genebra. EEGs monitoraram a atividade cerebral, um cinto ao redor do tórax mediu a atividade respiratória e a atividade cardíaca foi registrada.
Os cientistas descobriram que o RP e a ação voluntária (pressionar o botão) estão ligados ao estado interno do corpo - o ciclo respiratório regular - mas não ao batimento cardíaco. Os participantes iniciaram movimentos voluntários com mais frequência durante uma expiração do que durante uma inspiração e estavam completamente inconscientes desse acoplamento respiração-ação. O RP também foi modulado dependendo do ciclo respiratório.
O cientista da EPFL e primeiro autor do estudo Hyeong-Dong Park explica: “O RP não corresponde mais apenas à atividade cortical‘ preparando inconscientemente ’a ação voluntária. O RP, pelo menos em parte, reflete o processamento cortical relacionado à respiração que está acoplado à ação voluntária. De forma mais geral, sugere ainda que o controle motor de nível superior, como a ação voluntária, é moldado ou afetado pelo ato motor involuntário e cíclico dos órgãos internos do nosso corpo, em particular os pulmões. Ainda assim, a atividade neural precisa que controla a respiração ainda precisa ser mapeada. ”
O potencial de prontidão e as interpretações
Filósofos, psicólogos e, mais recentemente, neurocientistas há muito debatem nossa capacidade de agir livremente. O significado do potencial de prontidão (RP) tem sido questionado desde sua descoberta pelos neurocientistas Hans Helmut Kornhuber e Lüder Deecke em 1965 e, posteriormente, a respeito de sua relação com o livre arbítrio nos experimentos do neurocientista Benjamin Libet.
Todo o cérebro consiste em aproximadamente 100 bilhões de neurônios, e cada neurônio individual transmite sinais elétricos enquanto o cérebro funciona. Eletrodos colocados na cabeça podem medir a atividade elétrica coletiva dos neurônios do cérebro, vistos como linhas onduladas chamadas de eletroencefalograma (EEG).
Em 1965, os neurocientistas Hans Helmut Kornhuber e Lüder Deecke conduziram um experimento seminal para testar a ação voluntária e descobriram um padrão recorrente de atividade cerebral. Eles colocaram eletrodos de EEG no topo da cabeça do sujeito e pediram que ele pressionasse um botão à vontade. Kornhuber e Deecke descobriram que o EEG exibia consistentemente uma inclinação crescente de linhas onduladas, o potencial de prontidão, 1 segundo ou mais antes do movimento voluntário.
No início dos anos 1980, o neurocientista Benjamin Libet testou ainda mais a relação entre o PR e a percepção consciente ou intenção de ação voluntária. Seus resultados altamente influentes mostraram que aproximadamente 200 ms antes de seus assuntos pressionarem o botão, eles estavam cientes de um impulso ou intenção de agir, algo que Libet se referiu como o tempo W, e ainda assim o RP precedeu consistentemente o tempo W.
Libet sugeriu que essas descobertas mostraram que, mesmo antes de tomarmos uma decisão consciente de ação voluntária, o cérebro já estava inconscientemente ativado e envolvido no planejamento da ação.
Alguns interpretaram a relação entre o tempo PR e o tempo W como uma indicação de que o livre arbítrio humano pode ser uma ilusão. O RP é visto como o cérebro que se compromete a tomar uma decisão (apertar o botão) antes mesmo que o sujeito tenha consciência de ter tomado essa decisão. Se o compromisso com uma decisão está sendo feito antes mesmo de estarmos cientes disso, então que mecanismo está tomando a decisão por nós?
Para o neurocientista que considera que a consciência surge da atividade cerebral (versus atividade cerebral decorrente da consciência), os resultados de Libet podem não ser surpreendentes, uma vez que a experiência consciente de livre arbítrio é vista como um fenômeno emergente da atividade cerebral.
No entanto, os resultados de Libet estão em conflito com a noção de livre arbítrio e ação voluntária na filosofia da mente, na psicologia popular, na cultura e em questões jurídicas.
SOBRE ESTE ARTIGO DE PESQUISA EM NEUROCIÊNCIA
Fonte:
EPFL
Contatos de mídia:
Santuário Hillary - EPFL
Fonte da imagem:
A imagem é de domínio público.
Pesquisa Original: Acesso aberto
“A respiração está associada à ação voluntária e ao potencial de prontidão cortical”. Parque Hyeong-Dong, Coline Barnoud, Henri Trang, Oliver A. Kannape, Karl Schaller e Olaf Blanke.
Nature Communications doi: 10.1038 / s41467-019-13967-9.
Resumo
A respiração está associada à ação voluntária e aos potenciais de prontidão cortical
A ação voluntária é um elemento fundamental da autoconsciência. O potencial de prontidão (RP), um deslocamento lento da atividade neural precedendo o movimento auto-iniciado, foi sugerido para refletir os processos neurais subjacentes à preparação da ação voluntária; entretanto, mais de cinquenta anos após sua introdução, a interpretação do PR permanece controversa. Com base em pesquisas anteriores mostrando que os sinais corporais internos afetam o processamento sensorial e a atividade neural em andamento, investigamos aqui o papel potencial dos sinais interoceptivos na ação voluntária e no PR. Relatamos que (1) os participantes iniciam ações voluntárias com mais frequência durante a expiração, (2) esse acoplamento respiração-ação está ausente durante as ações desencadeadas externamente e (3) a amplitude do RP é modulada dependendo da fase respiratória. Nossos achados demonstram que a ação voluntária está acoplada ao sistema respiratório e ainda sugerem que o PR está associado a flutuações da atividade neural em curso que são impulsionadas pelo ato motor involuntário e cíclico da respiração.
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Breathing may change your mind about free will
Neuroscience February 6, 2020
Summary: Voluntary actions are linked to the body’s inner state, specifically breathing and expiration, but not heartbeat.
Source: EPFL
Have you ever gone ahead and eaten that piece of chocolate, despite yourself?
Do you inadvertently make decisions because you are hungry or cold? In other words, does the brain’s processing of internal bodily signals interfere with your ability to act freely?
This line of thinking is at the heart of research that questions our ability to act on thoughts of free will. We already know that inner body signals, like the heartbeat, affect our mental states, can be used to reduce the perception of pain and are of fundamental importance for bodily self-consciousness.
Thanks to a new discovery, it turns out that these inner body signals do indeed affect acts of volition.
Scientists at EPFL in Switzerland have shown that you are more likely to initiate a voluntary decision as you exhale. Published in today’s issue of Nature Communications, these findings propose a new angle on an almost 60-year-old neuroscientific debate about free will and the involvement of the human brain.
“We show that voluntary action is indeed linked to your body’s inner state, especially with breathing and expiration but not with some other bodily signals, such as the heartbeat,” explains Olaf Blanke, EPFL’s Foundation Bertarelli Chair in Cognitive Neuroprosthetics and senior author.
At the center of these results is the readiness potential (RP), a signal of brain activity observed in the human cortex that appears not only before voluntary muscle movement but also before one becomes aware of the intention to move. The RP is the signature of voluntary action since it consistently appears in brain activity measurements right before acts of free will (like being aware that one wants to reach for the chocolate).
Interpretations of the RP have been debated for decades. Some interpret the RP to show that free will is an illusion since the RP precedes the conscious experience of free will. It seems to show that the brain commits to a decision (chocolate) before we are even consciously aware of having made that decision.
More recently, it was suggested that the RP could be an artifact of measurement, potentially putting free will back into our command.
But if we take on the view that our conscious decisions arise from a cascade of firing neurons, then the origin of the RP may actually provide insight into the mechanisms that lead to voluntary action and free will. The way the brain’s neurons work together to come to a decision is still poorly understood. [See hidden patterns of brain activity unveiled by higher dimensional algebraic topology.] Our conscious experience of free will, our ability to make decisions freely, may then be intricately wired to the rest of our body.
The EPFL results suggest that the origin of the RP is linked to breathing, providing a new perspective on experiences of free will: the regular cycle of breathing is part of the mechanism that leads to conscious decision-making and acts of free will. Moreover, we are more likely to initiate voluntary movements as we exhale. (Did you reach for that piece of chocolate during an exhale?)
These findings suggest that the breathing pattern may be used to predict ‘when’ people begin voluntary action. Your breathing patterns could also be used to predict consumer behavior, like when you click on that button. Medical devices that use brain-computer interfaces could be tuned and improved according to breathing. The breathing-action coupling could be used in research and diagnostic tools for patients with deficits in voluntary action control, like obsessive compulsive disorders, Parkinson disease, and Tourette syndromes. Blanke and Hyeong-Dong Park, first author of this research, have filed a patent based on these findings.
Free will hijacked by interoceptive signals?
More generally, the EPFL findings suggest that acts of free will are affected by signals from other systems of the body. Succumbing to that urge to eat chocolate may depend more on your body’s internal signals than you may realize!
Blanke elaborates, “That voluntary action, an internally or self-generated action, is coupled with an interoceptive signal, breathing, may be just one example of how acts of free will are hostage to a host of inner body states and the brain’s processing of these internal signals. Interestingly, such signals have also been shown to be of relevance for self-consciousness.”
You may be tempted to blame acts of chocolate binging on interoceptive electrical signals hijacking your free will. The gut-mind connection is an active field of research and interoceptive messages sent to the brain certainly impact food cravings. For now, this latest EPFL research only improves predictions of when you will indulge in that craving, and not what you actually crave.
Acts of free will and inner states of the body
The prevailing view in neuroscience is that consciousness is an emergent phenomenon of the brain. Firing of the brain’s neurons leads to consciousness and the feeling of free will or voluntary action. By belonging to the physical universe, the brain’s electrical activity within the constraints of anatomy, is subject to the laws of physics. In this sense, brain signals encoding the body, lungs and heart might naturally affect the brain’s cognitive states too and therefore influence acts of free will.
To test whether the RP depends on the body’s inner state and the brain’s representation thereof, Blanke and colleagues asked 52 subjects to press a button at will at Campus Biotech in Geneva. EEGs monitored brain activity, a belt around the chest measured breathing activity and cardiac activity was recorded.
The scientists found that the RP and voluntary action (pressing the button) is linked to the body’s inner state – the regular breathing cycle – but not to the heartbeat. Participants initiated voluntary movements more frequently during an exhale than an inhale and were completely unaware of this breathing-action coupling. The RP was also modulated depending on the breathing cycle.
EPFL scientist and first author of the study Hyeong-Dong Park explains, “The RP no longer corresponds only to cortical activity ‘unconsciously preparing’ voluntary action. The RP, at least partly, reflects respiration-related cortical processing that is coupled to voluntary action. More generally, it further suggests that higher-level motor control, such as voluntary action, is shaped or affected by the involuntary and cyclic motor act of our internal body organs, in particular the lungs. Still the precise neural activity that controls breathing remains to be mapped.”
The readiness potential and interpretations
Philosophers, psychologists, and more recently neuroscientists have long debated our ability to act freely. The meaning of the readiness potential (RP) has been questioned ever since its discovery by neuroscientists Hans Helmut Kornhuber and Lüder Deecke in 1965, and later regarding its relation to free will in neuroscientist Benjamin Libet’s experiments.
The entire brain consists of approximately 100 billion neurons, and each individual neuron transmits electrical signals as the brain works. Electrodes placed on the head can measure the collective electrical activity of the brain’s neurons, seen as wavy lines called an electroencephalogram (EEG).
In 1965, neuroscientists Hans Helmut Kornhuber and Lüder Deecke conducted a seminal experiment to test voluntary action and discovered a recurring pattern of brain activity. They placed EEG electrodes on top of the subject’s head, and asked the subject to press a button at will. Kornhuber and Deecke discovered that the EEG consistently exhibited a rising slope of wavy lines, the readiness potential, 1 second or more before voluntary movement.
In the early 1980s, neuroscientist Benjamin Libet further tested the relationship between the RP and conscious awareness or intention of voluntary action. His highly influential results showed that approximately 200ms before his subjects pressed the button, they were aware of an urge or the intention to act, something Libet referred to as the W time, and yet the RP consistently preceded W time.
Libet suggested that these findings showed that even before we make a conscious decision of voluntary action, the brain was already unconsciously activated and involved in planning the action.
Some have interpreted the relation between the RP and W time as an indication that human free will might be an illusion. The RP is viewed as the brain committing to a decision (to press the button) before the subject is even aware of having made that decision. If commitment to a decision is being made before we are even aware of it, then what mechanism is making the decision for us?
For the neuroscientist who considers consciousness to arise from brain activity (versus brain activity arising from consciousness), Libet’s results may not surprising, since the conscious experience of free will is viewed as an emergent phenomenon of brain activity.
Yet, Libet’s results are in conflict with the notion of free will and voluntary action in philosophy of the mind, in folk psychology, in culture, and in legal matters.
ABOUT THIS NEUROSCIENCE RESEARCH ARTICLE
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Original Research: Open access
“Breathing is coupled with voluntary action and the cortical readiness potential”. Hyeong-Dong Park, Coline Barnoud, Henri Trang, Oliver A. Kannape, Karl Schaller & Olaf Blanke.
Nature Communications doi:10.1038/s41467-019-13967-9.
Abstract
Breathing is coupled with voluntary action and the cortical readiness potentials
Voluntary action is a fundamental element of self-consciousness. The readiness potential (RP), a slow drift of neural activity preceding self-initiated movement, has been suggested to reflect neural processes underlying the preparation of voluntary action; yet more than fifty years after its introduction, interpretation of the RP remains controversial. Based on previous research showing that internal bodily signals affect sensory processing and ongoing neural activity, we here investigated the potential role of interoceptive signals in voluntary action and the RP. We report that (1) participants initiate voluntary actions more frequently during expiration, (2) this respiration-action coupling is absent during externally triggered actions, and (3) the RP amplitude is modulated depending on the respiratory phase. Our findings demonstrate that voluntary action is coupled with the respiratory system and further suggest that the RP is associated with fluctuations of ongoing neural activity that are driven by the involuntary and cyclic motor act of breathing.