Vorlesung WS 2013/14 Kognitive Neurowissenschaft

Wille und Bewusstsein:

Sind unsere Entscheidungen das Ergebnis unbewusster Gehirnprozesse?

Thomas Goschke

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Fachrichtung Psychologie

Fünf Bedeutungen des Volitionsbegriffs

Volition als subjektives Gefühl oder Urteil

• Subjektives Erleben willentlicher Kontrolle; Gefühl, ein autonomer Akteur (agency) und Urheber der eigenen Handlungen zu sein (authorship)

Volition als intentionale Verursachung

• Auslösung von Handlungen durch bewusste Intentionen

Volition als Selbststeuerung

• Handlungen, die ein Einklang mit eigenen Zielen und Motiven stehen (und nicht durch ‚externe‘ oder der Person ‚fremde‘ innere Faktoren kontrolliert werden)

Volition als Auswahl und Entscheidung

• Fähigkeit, aus einer Menge möglicher Handlungsoptionen auszuwählen

Volition als Selbstkontrolle (‚Willensstärke‘)

• Fähigkeit, langfristige Ziele gegen innere oder äußere Widerstände durchzusetzen

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„Billardball-Modell“ der intentionalen Verursachung

Intuitives Gefühl: Meine willentlichen Handlungen werden durch meine bewussten Absichten ausgelöst

Billard-Analogie: Absichten setzen einzelne Bewegungen in Gang, so wie ein Stoß mit dem Queue eine Billardkugel in Bewegung versetzt

Wenn bewusste Intentionen die unmittelbaren Ursachen willentlicher Bewegungen sind, sollten sie vor den neuronalen Prozessen stattfinden, die der Initiierung der Bewegung zugrunde liegen

Bewusste Intenion

Neuronale Prozesse

Motorische Handlung

TIME OF CONSCIOUS INTENTION TO ACT

IN RELATION TO ONSET OF CEREBRAL

ACTIVITY (READINESS-POTENTIAL)

by BENJAMIN LIBET; CURTIS A. GLEASON; ELWOOD W. WRIGHT and

DENNIS K PEARL

Brain (1983), 106, 623-642

Libet et al.‘s Experiment

Ziel: simultane Messung des

• Zeitpunkts des bewussten „Willensakts“ bzw. Handlungsimpulses

• Zeitpunkts, zu dem die Bewegung beginnt

• Zeitpunkts, zu dem im Gehirn die neuronalen Prozesse beginnen, die der Bewegungsinitiierung zugrunde liegen

Libets Kriterien für eine „freie“ Willenshandlung

• Handlung sollten endogen (nicht als Antwort auf äußere Reize) initiiert werden

• Handlung sollte keinen äußeren Zwängen unterliegen

• Handlung sollte von der Person als selbst initiiert erlebt werden

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Messung des Zeitpunkts des bewussten Handlungsimpulses

Probanden beobachten „Uhr“ mit einem rotierenden Punkt und sollen zu einem Zeitpunkt ihrer Wahl den Finger bewegen, wann immer sie den spontanen Impuls dazu verspüren

Probanden sollen den Impuls zu handeln („the urge or want to move“) „von allein und zu beliebiger Zeit auftauchen lassen, ohne vorauszuplanen oder sich auf die Handlung zu konzentrieren“

W-Urteil: Nach jeder Bewegung sollten die Probanden angeben, wo der Punkt zu dem frühesten Zeitpunkt war, zu dem sie den Handlungsimpuls verspürten

Kontrolldurchgänge:

• S-Urteil: Einschätzung des Zeitpunkts eines taktilen Reizes (Berührung am Unterarm)

• M-Urteil: Einschätzung des Zeitpunkts des Bewegungsbeginns

Der tatsächliche Bewegungsbeginn wurde mittels Elektromyogramm (EMG) erfasst

1 Rotation in 2,56 sec

Messung der neuronalen Korrelate der Bewegungsvorbereitung- und initiierung

Mittelung über 40 Trials

• BP = negative Potentialverschiebung im EEG, die einer Willkürbewegung voraus geht

• Spiegelt neuronale Aktivität im supplementär-motorischen, prämotorischen und motorischen Kortex

• Von Libet als Indikator der neuronalen Bewegungsvorbereitung interpretiert

Bereitschaftspotential (readiness potential)

Das BP spiegelt summierte (synchronisierte) neuronale Aktivität im supplementär-motorischen Cortex (symmetrisches BP) und im prämotorischen und motorischen Cortex (lateralisiertes BP) Bewegungen werden gestartet, wenn das lateralisierte BP eine bestimmte Schwelle überschritten hat.

Beginn der Bewegung

Bereitschaftspotentiale über dem linken und rechten präzentralen Cortex

Kornhuber, H.H. & Deecke, L (1965). Hirnpotentialänderungen bei Willkürbewegungen und passiven Bewegungen des Menschen: Bereitschaftspotential und reafferente Potentiale. Pflügers Arch Physiol, 281, 1-17.

Libets Experiment: Zusammenfassung

13 © Psychology Press. Ward (2010); nach Haggard (2008).

Libets Ergebnisse: Bereitschaftspotentiale

Schwacher taktiler Reiz Vorgeplante

Bewegung Spontane Bewegung

Typ II RP 150-350 ms

Typ I RP 500-800 ms

Schematische Darstellung von Libets Ergebnissen: Beginn des BPs und Zeitpunkt des W-Urteils

Bewusster Handlungsimpuls (W-Urteil)

(ca. -200 ms)

Beginn BP (ca. -500 ms)

Bewegungs- beginn

Die neuronalen Prozesse, die zur Bewegung führen, haben bereits begonnen, bevor der Impuls zur Handlung der Person bewusst wird

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„Die Initiierung einer willentlichen Handlung ist ein unbewusster Gehirnprozess. Offensichtlich ist der freie Wille … nicht der Auslöser der Handlung. Dies widerspricht natürlich unserem introspektiven Gefühl, dass wir unsere Handlungen bewusst initiieren“

(Libet, 1992, p.269)

Einwände

Festgelegte Fingerbewegung keine Wahl zwischen verschiedenen Handlungen unklar, ob W-Urteile tatsächlich die Intention spiegelt, eine bestimmte Handlung auszuführen, oder nur einen unspezifischen „Spannungszustand“ anzeigt

Spiegelt das Bereitschaftspotential wirklich die spezifische Vorbereitung einer bestimmten Handlung oder nur eine unspezifischen Zustand erhöhter „Handlungsbereitschaft“?

Replikationsstudie von Haggard & Eimer (1999) Experimental Brain Research, 126, 128-133.

Libet-Aufgabe

• Probanden beobachteten Uhrzeiger und sollten zu beliebigem Zeitpunkt Taste drücken; nach Tastendruck sollten Probanden W-Urteil abgeben

Zwei Bedingungen

• Fixe Bewegungen: Probanden benutzten die gleiche Hand für alle 20 Durchgänge eines Blocks (20 x linke Hand; 20 x rechte Hand)

• Freie Bewegungen: Probanden entschieden in jedem Durchgang (N=40), welche Hand sie bewegen wollten

jede Hand sollte etwa gleich oft bewegt werden

systematische Muster sollten vermieden werden

Messung des lateralisierten Bereitschaftspotentials (LRP)

• Spezifisches neuronales Korrelat der Vorbereitung einer linken oder rechten Bewegung

Symmetrisches und lateralisiertes Bereitschaftspotential

LH RH

L

R

RE - LE LE - REDifferenz

contralaterale – ipsilaterale Elektrode

Mittelung

Rechte Hand

LRP

Linke Hand-

+

Lateralized Readiness Potential (LRP)

LRP = [(RE - LE)LH + (LE- RE)RH]/2 RE = Rechte Elektrode LE = Linke Elektrode LH = Linke Hand RH = Rechte Hand

Ergebnisse von Eimer und Haggard M- und W-Urteile

Mittlere Zeiten in Millisekunden (Standardabweichungen in Klammern) für M- und W-Urteile relativ zum Tastendruck in der fixen und freien Bewegungs-Bedingung ________________________________________________ Bedingung M-Urteil W-Urteil ________________________________________________ feste Bewegung -89 (118) -355 (281) freie Bewegung -98 (119) -353 (286) ________________________________________________

Haggard, P., & Eimer, M. (1999). Experimental Brain Research, 126(1), 128-133.

Keine signifikanten Unterschiede zwischen Fixen und freien Bewegungen

Ergebnisse von Haggard & Eimer: Bereitschaftspotential und LRP

Haggard, P., & Eimer, M. (1999). Experimental Brain Research, 126(1), 128-133.

Keine signifikanten Unterschiede zwischen fixen und freien Bewegungen

Experiment von Eimer und Haggard LRP für Durchgänge mit frühen vs. späten W-Urteilen

LRP begann früher in Durchgängen, in denen auch der Handlungsimpuls früh auftrat Der bewusste Impuls, eine bestimmte Bewegung aufzuführen kovariiert mit dem Zeitpunkt, zu dem die neuronale Vorbereitung einer bestimmten Handlung beginnt

Movement Onset

Late W

-179

Early W

-530

Onset LRP (late W)

-713

Onset LRP (early W)

-906

534 ms

376 ms

Ergebnisse von Haggard & Eimer: Beginn des LRPs relativ zum W-Urteil

Haggard & Eimer: Zusammenfassung

Replikation von Libet et al. mit einer Wahlreaktionsaufgabe

Auch das LRP beginnt einige hundert Millisekunden vor dem berichteten Zeitpunkt des bewussten Handlungsimpulses

Kritik am Libet-Experiment

Mittelung des EEGs über viele Durchgänge kann zu einem “Verschmierungsartefakt” führen Onset des gemittelten BP liegt vor dem Onset des BPs in den einzelnen Versuchsdurchgängen (Trevena & Miller, 2002;

Joordens et al., 2002)

Spiegelt das Bereitschaftspotential tatsächlich neuronale Prozesse, die der Vorbereitung und/oder Initiierung willentlicher Handlungen zugrunde liegen?

Sind subjektive W-Urteile ein valider Indikator des Zeitpunkts, zu dem ein Handlungsimpuls bewusst wird?

Ist das, was die Probanden in ihren W-Urteilen zeitlich datieren, tatsächlich das Bewusstwerden einer Handlungsabsicht?

Ableitung der Aktivität einzelner Neurone im medialen Präfrontalkortex in der Libet-Aufgabe

12 Patienten, die an medikamentös nicht behandelbarer Epilepsie litten

Implantierte Tiefenelektroden zur Bestimmung des Ursprungsorts der Anfälle

Ermöglichte Ableitung der Aktivität einzelner Neurone im medialen Präfrontalkortex (SMA, pre-SMA, anteriorer cingulärer Kortex)

39 Fried, I., Mukamel, R., & Kreiman, G. (2011). Internally generated preactivation of single neurons in human medial frontal cortex predicts volition. Neuron, 69(3), 548-562.

Aktivität eines Neurons im linken präsupplementär-motorischen Areal vor dem bewussten Handlungsimpuls

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-700 ms)

W-Judgment

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Provokante Schlussfolgerungen

„Die Initiierung einer willentlichen Handlung ist ein unbewusster Gehirnprozess. Offensichtlich ist der freie Wille … nicht der Auslöser der Handlung. Dies widerspricht natürlich unserem introspektiven Gefühl, dass wir unsere Handlungen bewusst initiieren“ (Libet, 1992, p.269)

„Das bewusste Erleben, eine Handlung zu wollen entsteht erst, nachdem Prozesse im Gehirn die Handlung bereits in Gang gesetzt haben. … Der bewusste Wille ist eine Illusion“ (Wegner, 2002, p. 2; p. 59)

„Wir tun also nicht, was wir wollen (und schon gar nicht, weil wir es wollen), sondern wir wollen, was wir tun.“ (Prinz, 2004)

Theoretische Kritik: Eine alternative Sicht der Rolle bewusster Absichten bei der

Auslösung willentlicher Handlungen

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Was Libets Befunde widerlegen: Das „Billardball-Modell“ der intentionalen Verursachung:

Absichten als unmittelbare Auslöser von Handlungen

Wenn Intentionen erst bewusst werden, nachdem die neuronalen Prozessen, die zur Bewegung führen, bereits in Gang gesetzt sind, können sie nicht die unmittelbaren auslösenden Ursachen willentlicher Handlungen sein

Bewusste Intention

Neuronale Prozesse

Willentliche Handlung

Folgt daraus, dass bewusste Absichten überhaupt keine kausale Rolle bei der willentlichen

Handlungssteuerung spielen?

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Eine alternative Auffassung der Rolle von bewussten Intentionen

"Dasjenige also, was bewirkt, daß auf den Reiz wirklich die Reaction eintritt, ... besteht in einer centralen Veränderung, welche schon eingetreten ist, bevor der Reiz gesetzt wurde. Diese Veränderung ist es, welche 'willkürlich' hervorgerufen wird"

(Exner, 1873, 616)

Auslösende vs. strukturierende Ursachen (Dretske, 1988, Explaining Behavior: Reasons in a World of Causes. MIT Press.)

Klingeln Wahrnehmung des Klingelns Klingeln

verursacht verursacht Triggering Cause

Structuring Cause

Intention , Gäste zu empfangen

Triggering cause:

• Was war die Ursache eines Ereignisses C, dass ein anderes Ereignis M auslöste?

Structuring cause:

• Was war die Ursache dafür, dass das Ereignis C das Ereignis M auslöste?

Auslösende vs. strukturierende Ursachen (Dretske, 1988, Explaining Behavior: Reasons in a World of Causes. MIT Press.)

Klingeln Wahrnehmung des Klingelns

verursacht verursacht Triggering Cause

Structuring Cause

Ignoriere Klingeln

Intention, die CAN-Vorlesung vorzubereiten

Triggering cause:

• Was war die Ursache eines Ereignisses C, dass ein anderes Ereignis M auslöste?

Structuring cause:

• Was war die Ursache dafür, dass das Ereignis C das Ereignis M auslöste?

Intentionen als strukturierende Ursachen

Bedingte

Operationen

Bedingung Aktion

Bedingung Aktion

Bedingung Aktion

Bedingung Aktion

Modulation der Bereitschaft von Verhaltensprogrammen

Motive Ziele

Instruktionen

Intention Motorische

Reaktion

Reiz- information Automatische

Aktivierung

Alternative Sicht auf Libet‘s Experiment

Bedingte Operation

WENN die Aufgabe darin besteht, zu zufälligen Zeitpunkten den Finger zu bewegen UND ein spontaner Bewegungsimpuls entsteht DANN gestatte diesem Impuls mit hoher Wahrscheinlichkeit Zugang zum motorischen System

Modulation der Reaktionsbereitschaft

Instruktion: „Verhalte Dich wie ein Zufallsgenerator von Fingerbewegungen!“

Bewusste Intention

Bewegung Reizkontext:

„Ich bin immer noch in diesem verrückten Finger-

bewegungsexperiment“

Vor jeder einzelnen Bewegung ist kein bewusster “Willensakt” notwendig, da die Intention zu Beginn des Experiments die Verhaltensbereitschaften

bereits im Sinne der Instruktion “konfiguriert” hat

Spontan auftauchende Bewegungsimpulse

An accumulator model for spontaneous neural activity prior to self-initiated movement

Schurgera, Sitta& Dehaene (2013). PNAS.

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In a spontaneous movement task, premotor activity fluctuates close to movement threshold due to an implicit imperative to produce a movement “sometime soon.” Random ongoing fluctuations determine the precise threshold-crossing time, and these are recovered in the time-locked average as an intentional-looking “buildup.”

BP als Ergebnis einer bewussten Entscheidung, eine Handlung jetzt auszuführen

Die Instruktion, zu zufälligen Zeitpunkten eine Bewegung auszuführen, erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass spontane Fluktuationen prämotorischer Aktivierung eine Schwelle überschreiten, die zur Auslösung einer Bewegung führen

Libetus interruptus experiment Schurgera, Sitta& Dehaene (2013). PNAS.

Libet-Aufgabe: Zu beliebigen Zeitpunkten Taste drücken

Zu zufälligen Zeitpunkt wurde Ton dargeboten, auf den die Probanden sofort die Taste drücken sollen

Tastendruck sollte schneller erfolgen, wenn vor dem Ton spontane motorische Aktivierung bereits nahe der Schwelle ist

Vor schnellen Reaktionen sollte sich größeres BP zeigen als vor langsamen Reaktionen

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An interruption scheduled to be delivered at t3 will never happen, because the threshold will already have been crossed before then, in which case a spontaneous movement will have been made. Temporal autocorrelation, a key assumption of the model, is a well-known property of spontaneous fluctuations in neural activity.

Libetus interruptus experiment Schurgera, Sitta& Dehaene (2013). PNAS.

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Bereitschaftspotentiale vor schnellen und langsamen Reaktionen auf zufällig dargebotene Töne

Eine alternative Konzeption der kausalen Rolle von Intentionen: Absichten als modulierende Randbedingungen

Intentionen sind keine unmittelbaren Auslöser einzelner Willenshandlungen, sondern strukturierende Ursachen, die erklären warum ein Reiz eine bestimmte Reaktion auslöst

Intention können als innere Randbedingungen (constraints) betrachtet werden, die die „Bereitschaft“ spezifischer Reaktionsdispositionen modulieren

Intentionen konfigurieren sensorische und motorische Verarbeitungssysteme dergestalt, dass beim Eintreten bestimmter Reizbedingungen intentionsgemäße Reaktionen aktiviert werden

Intentionen verändern die „Attraktorstruktur“ des Handlungsraumes eines Agenten

Triggering Cause

Structuring Cause

Goschke, T. (2003). Voluntary action and cognitive control from a cognitive neuroscience perspective. In S. Maasen, W. Prinz, & G. Roth (Eds.), Voluntary action (pp.49-85). Oxford: Oxford University Press.

Goschke, T. (2012). Volition in action: Intentions, control dilemmas and the dynamic regulation of cognitive intentional control. In W. Prinz, A. Beisert & A. Herwig (Eds.), Action science: Foundations of an emerging discipline. Cambridge, MA: MIT Press

Offene Fragen

Wenn Absichten keine unmittelbaren Auslöser willentlicher Handlungen sind, was spiegelt sich dann in W-Urteilen der Probanden?

Wie entsteht überhaupt das Gefühl willentlicher Kontrolle und Urheberschaft?

Wo werden Absichten im Gehirn repräsentiert?

Wie werden Reaktionsbereitschaften durch Absichten „konfiguriert“?

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Philosophische Implikationen: Entscheide „Ich“ oder entscheidet mein Gehirn?

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Dualistische Intuitionen: „Ich“ oder mein Gehirn?

Häufiges dualistisches Argument

• „Wenn mein Gehirn eine Handlung auslöst, dann war nicht Ich der Urheber“

• „Wenn meine Entscheidungen auf neuronalen Prozessen beruhen oder identisch mit diesen sind, dann ist es keine „echten“ Entscheidungen

Jonathan Pincus (expert on criminal behaviour and the brain):

• When a composer conceives a symphony, the only way he or she can present it to the public is through an orchestra… If the performance is poor, the fault could lie with the composer’s conception, or the orchestra, or both… Will is expressed by the brain. Violence can be the result of volition only, but if a brain is damaged, brain failure must be at least partly to blame (Pincus, 2001).

Steinberg & Scott (2003) (experts on adolescent developmental psychology and juvenile law)

• Most of the developmental research on cognitive and psychosocial functioning in adolescence measures behaviors, self-perceptions, or attitudes, but mounting evidence suggests that at least some of the differences between adults and adolescents have neuropsychological and neurobiological underpinnings (Pg. 5)

• Especially needed are studies that link developmental changes in decision making to changes in brain structure and function… In our view, however, there is sufficient indirect suggestive evidence of age differences in capacities that are relevant to criminal blameworthiness to support the position that youths who commit crimes should be punished more leniently then their adult counterparts (Pg. 9).

Zwei (irreführende) Prämissen

1. Wenn willentliche Reaktionen unbewusst ausgelöst werden können, spielen bewusste Absichten keine kausale Rolle bei der Handlungssteuerung

2. Wenn Verhalten durch unbewusste Gehirnprozesse verursacht wurde, kann es keine willentliche Handlung sein

Naturalistische (monistische) Gegenposition

Dass geistige Prozesse auf neuronalen Prozessen beruhen (oder mit ihnen identisch sind), ist irrelevant für die Frage, ob ein Verhalten ein Reflex oder eine Willenshandlung ist

Dass eine Handlung durch Gehirnprozesse verursacht wurde, impliziert nicht, dass die Handlung nicht durch „mich“ verursacht war und sagt nichts darüber aus, ob die Handlung durch rationale Überlegungen determiniert war oder ob e sich um einen ein Reflex handelte

Entscheidend ist, auf welche Weise die Handlung verursacht wurde (z.B. ob vorauslaufende Absichten und Ziele zu ihren kausalen Bedingungen gehörten)

Mentale Prozesse (z.B. bewusste Absichten) „kontrollieren“ nicht neuronale Prozesse, sondern es handelt sich um eine andere Beschreibung eben dieser neuronalen Prozesse

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