Changez d'avis sur le libre arbitre, le temps d'une respiration

Le libre arbitre n’est-il qu’une illusion? Pendant des décennies, cette hypothèse a reposé sur l’existence d’un signal cérébral appelé “potentiel de préparation motrice”. Des chercheurs de l’EPFL ont observé que ce signal est couplé à la respiration, et que les actions volontaires surviennent au moment où l’on exhale. La découverte ouvre de nouvelles perspectives sur la question du libre arbitre.


N’avez-vous jamais tendu la main vers un morceau de chocolat pour le manger, comme malgré vous?

Prenez-vous des décisions par inadvertance, parce que vous avez faim ou froid? En d’autres termes, quand le cerveau traite des signaux corporels internes, cela interfère-t-il avec votre capacité à agir librement?

Les questions de ce genre sont au cœur des recherches sur notre aptitude à agir selon notre libre arbitre. Nous savons déjà que les signaux internes du corps, comme les battements cardiaques, peuvent servir à réduire la perception de la douleur, et qu’ils sont fondamentaux pour la conscience de soi et de notre corporéité.

Une nouvelle découverte révèle que les signaux corporels internes influencent également les actes volontaires.

Des scientifiques de l’EPFL, en Suisse, ont montré que l’on est plus susceptible de prendre une décision volontaire au moment où l’on exhale. Publiés aujourd’hui dans Nature Communication, ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives sur un débat neuroscientifique vieux de presque 60 ans, à propos du libre arbitre et de l’implication du cerveau humain.

“Nous montrons que les actions volontaires sont effectivement liées à l’état intérieur du corps. C’est tout particulièrement le cas avec le souffle et l’expiration, mais pas avec d’autres signaux corporels comme les battements cardiaques”, explique Olaf Blanke, auteur principal et titulaire de la Chaire Fondation Bertarelli de neuroprosthétique cognitive.

Ces résultats reposent sur le potentiel de préparation motrice (RP, pour readiness potential). On observe ce signal d’activité cérébrale non seulement avant les mouvements musculaires volontaires, mais aussi avant même que le sujet ne soit conscient de son intention d’effectuer un mouvement. Le RP est un marqueur de l’action volontaire, puisqu’il apparaît systématiquement avant les actes de libre arbitre (comme être conscient que l’on veut se saisir d’un morceau de chocolat).

L’interprétation du RP fait l’objet de débats depuis des décennies. Certains pensent qu’il démontre la nature illusoire du libre arbitre, puisqu’il en précède l’expérience consciente. Le RP semble impliquer que le cerveau s’engage pour une décision (prendre le chocolat) avant que l’on ne soit même conscient d’avoir pris cette résolution. [voir encadré Le potentiel de préparation motrice et ses interprétations.]

Plus récemment, on a suggéré que le RP pouvait être un artéfact de mesure. Une telle interprétation nous rendait à nouveau maître de notre libre arbitre.

Le potentiel de préparation motrice et ses interprétations.

Depuis longtemps les philosophes, les psychologues et, plus récemment, les neuroscientifiques débattent de notre capacité de libre arbitre. On discute la signification du potentiel de préparation motrice depuis sa découverte en 1965 par les neuroscientifiques Hans Helmut Kornhuber et Lüder Deecke, et plus tard concernant ses relations avec le libre arbitre dans les expériences de Benjamin Libet.

Un cerveau au complet rassemble approximativement 100 milliards de neurones. Quand il fonctionne, chacune de ces cellules nerveuses transmet des signaux électriques. Placées sur la tête, des électrodes permettent de mesurer l’activité électrique collective des neurones, représentée par électroencéphalographie (EEG) sous forme de lignes ondulantes.

En 1965, l’expérience pionnière des neuroscientifiques Hans Helmut Kornhuber et Lüder Deeck consistait à tester les actions volontaires. Elle a mené à la découverte d’un processus récurrent de l’activité cérébrale. Ils demandaient aux sujets, coiffés d’électrodes EEG, d’appuyer à volonté sur un bouton. Les chercheurs ont observé que l’EEG traçait systématiquement une hausse de ses lignes ondulantes – le potentiel de préparation motrice – une seconde ou plus avant le mouvement volontaire.

Au début des années 80, le neuroscientifique Benjamin Libet poursuivait l’exploration des relations entre d’une part le RP, et d’autre part la conscience ou l’intention de l’action volontaire. Ses résultats remarqués montraient qu’approximativement 200 millisecondes avant que les sujets n'appuient sur le bouton, ils étaient conscients d’une envie pressante, d’une intention d’agir, laquelle était pourtant toujours précédée par le RP. Le chercheur a appelé ce moment le temps W.

Selon Benjamin Libet, ces résultats montraient que même avant la prise d’une décision consciente pour initier une action volontaire, le cerveau était déjà inconsciemment activé et impliqué dans la planification de l’action.

Pour certains, la relation entre le RP et le temps W tend à prouver que le libre arbitre humain n’est qu’une illusion. Le RP est observé quand le cerveau s’engage à prendre une décision (presser le bouton) avant même que le sujet ne soit conscient d’avoir pris cette décision. Si l’on prend l’engagement d’une décision avant même d’en être conscient, alors quel est le mécanisme qui décide pour nous?

Pour les neuroscientifiques, qui considèrent que la conscience émerge de l’activité cérébrale (et non l’activité cérébrale de la conscience), les observations de Benjamin Libet n’ont rien de surprenant. L’expérience consciente du libre arbitre est considérée comme un phénomène émergeant de l’activité cérébrale.

Ces résultats entrent en conflit avec la notion de libre arbitre et d’action volontaire, telle qu’elle a été développée dans la philosophie de l’esprit, la psychologie populaire, la culture ou le droit.

Mais si l’on considère les décisions conscientes comme la résultante d’une cascade d’impulsions électriques lancées par des neurones, alors l’origine du RP pourrait bien ouvrir une fenêtre sur les mécanismes à l’origine des actions volontaires et du libre arbitre. On comprend encore mal comment, dans le cerveau, les cellules nerveuses travaillent ensemble pour aboutir à une décision. [voir Les modes cachés de l'activité cérébrale, révélée par les dimensions plus élevées de la topologie algébrique.] Notre expérience consciente du libre arbitre et notre capacité à prendre librement des décisions pourraient être connectée de manière intriquée au reste du corps. [voir encadré Actions de libre arbitre et états corporels internes]

Les résultats de l’EPFL suggèrent que l’origine du RP est connexe à la respiration, ce qui ouvre de nouvelles perspectives sur l’expérience du libre arbitre. Le cycle régulier de la respiration fait partie du mécanisme qui conduit aux prises de décisions conscientes et aux actes de libre arbitre. De plus, nous sommes plus susceptibles d’initier des mouvements volontaires quand nous exhalons (étiez-vous en train de relâcher votre souffle quand vous dirigiez votre main vers ce morceau de chocolat?).

Actions de libre arbitre et états corporels internes

Dans les neurosciences, le point de vue prévalent considère la conscience comme un phénomène émergent du cerveau. Les impulsions des neurones conduisent à la conscience et au sentiment de libre arbitre ou d’action volontaire. Partie du monde matériel, l’activité électrique du cerveau, dans les limites des contraintes de l’anatomie, est sujette aux lois de la physique. En ce sens, les signaux cérébraux qui programment le corps, les poumons ou le cœur, pourraient aussi naturellement affecter les états cognitifs du cerveau et influencer les actions de libre arbitre.

Pour déterminer si le RP dépend des états corporels internes et observer les représentations cérébrales, Olaf Blanke et son équipe ont demandé à 52 sujets d’appuyer à volonté sur un bouton à Campus Biotech à Genève. Un électro-encéphalogramme relevait l’activité cérébrale, une ceinture autour de la poitrine mesurait la respiration et l’activité cardiaque était enregistrée.

Les scientifiques ont découvert que le RP et l’action volontaire (appuyer sur le bouton) sont liées aux états corporels internes – le cycle régulier de la respiration – mais pas au rythme cardiaque. Les participants initiaient plus fréquemment une action volontaire en exhalant qu’en inhalant, tout en restant totalement inconscient de ce couplage respiration-action. La modulation du RP dépendait également du cycle de la respiration.

Selon Hyeong-Dong Park, chercheur à l’EPFL et premier auteur de ces travaux, “le RP ne correspond plus uniquement à l’activité corticale qui ‘prépare de manière inconsciente’ l’action volontaire. Le RP, au moins partiellement, répond au processus cortical lié à la respiration et couplé à l’action volontaire. Plus globalement, cela suggère que les contrôles moteurs de plus haut niveau, comme les actions volontaires, sont déterminés ou affecté par les actions motrices involontaires et cycliques de nos organes internes, en particulier les poumons. Mais il nous faut encore retracer l’activité neurale précise qui contrôle la respiration.”

Ces résultats suggèrent que l’on pourrait utiliser le rythme de la respiration pour prédire “quand” on lance une action volontaire. On pourrait aussi exploiter le mouvement du souffle pour prédire les comportements des consommateurs, comme lorsqu’on actionne un bouton. On peut également envisager utiliser la respiration pour ajuster et améliorer les dispositifs médicaux reposant sur des interfaces cerveau-machine. Enfin, le couplage respiration-action pourrait servir à la recherche et au développement d’outils de diagnostic pour des patients souffrant de déficits du contrôle de l’action volontaire, par exemple dans les cas de trouble obsessionnel compulsif, de maladie de Parkinson ou de syndrome de la Tourette. Olaf Blanke et Hyeong-Dong Park, le premier auteur de la présente recherche, ont déposé une demande de brevet basée sur ces découvertes.

Le libre arbitre détourné par les signaux intéroceptifs?

Plus généralement, les résultats de l’EPFL suggèrent que les actions de libre arbitre sont affectées par les signaux des autres systèmes corporels. Céder à la tentation du chocolat dépendrait plus que vous ne le pensez des signaux internes du corps!

“Une action volontaire, interne ou générée d’elle-même, est couplée avec un signal intéroceptif, en l'occurrence la respiration. Cela pourrait n’être qu’un exemple parmi d’autres de ce genre, où les actions de libre arbitre sont otages d’états corporels et du traitement des signaux internes par le cerveau. De manière intéressante, on a démontré que de tels signaux sont également important pour la conscience de soi.”

Vous êtes peut-être tenté de mettre vos excès de chocolat sur le compte de signaux électriques intéroceptifs, lesquels auraient court-circuité votre libre arbitre. Les liens entre le mental et le système digestif font l’objet de nombreuses recherches, et les messages intéroceptifs envoyés au cerveau jouent certainement un rôle dans les fringales. Mais pour l’heure, cette recherche de l’EPFL ne fait qu’améliorer les prédictions quant au moment où vous céderez à vos appétits. Elle ne dit rien sur l’objet de la tentation.

Références

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

https://doi.org/10.1038/s41467-019-13967-9


Auteur: Hillary Sanctuary
Source: EPFL