人腦的一些與精神異常相關的區域可能與自由意志有關。像是Brodmann's area 25就與長期的抑鬱相關。相關的發現,包括班傑明·利貝特的開創性研究與那之後重新設計的研究,這些研究可以偵測「決定移動」的活動,此活動發生的時間被發現是短暫地先於人們意識到此決定的時刻。其他的研究試圖在人們行動前數秒就能預測人們的行動。這些不同的研究呈現出一些行為,例如移動手指,先無意識地被啟動與進行過程,再被我們意識到。意識在決策時的腳色也越來越清楚,一些思想家建議意識的功能大概是為了要取消無意識啟動的特定行為。
在很多層意義上,這個領域存在高度爭議,而且研究者們對那些重要的研究成果的意義與結論也沒有共識。一些思考家,像是Daniel Dennett 或 Alfred Mele,解釋自由意志意指很多不同的事情是很重要的事情;他们认为,某些版本的自由意志(像是二元論的或是神奇的)與那些相容於神經科學給予的證據的其他自由意志的概念,是非常不同的。
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