如果象弗洛伊德所說的那樣，生物學就是我們的主宰，那麼，自由意志又怎麼理解呢？值得思索的是，大腦深處有一個靈魂，一種自由的原動力，記錄著整個機體的諸種體驗，它自己卻沿著大腦皮層活動，進行著思維和運算，開動著腦神經這部機器，宿命論和自由意志之間的矛盾很久以來就引起了最有頭腦的哲學家和心理學家的注意，這個矛盾可用如下這一類生物學術語表述出來，假如我們的基因是通過遺傳而獲得，而我們的生活環境一連串一直運動著的物理事件，那麼大腦內部怎麼可能存在真正獨立的自由因素？這種因素本身就是基因和環境之間相互作用的產物，看來，我們的這種自由只是一種自我幻覺。
事實上，事情是可能如此的，認為某些大於原子一級的外部事物至少是可預知的，這是一種站得住腳的哲學觀。客觀事物的未來可被一種建立在物質基礎之上的理性所預見，在這個意義上，客觀事物是被決定的－但只是在敏於觀察的理性概念中才是如此，只要這些客觀事物能獨立自主作出決策－無論它們是否是被決定－在這個意義上又可說它們具有自由意志，設想一塊銅幣被拋出後的自由度，初看起來它根本不受任何決定的影響，教科書從來都以此例來表示任意的運動過程。但假如為了某種理由，我們決定盡現代科學的可能來分析這簡單的一擲，用精確到億萬分之一的尺度來衡量這枚銅幣的物理性質，仔細分析這一動作的肌肉的生理和擲幣者，手指的精確形狀，用圖表檢查來展示室內的氣流，用圖示來標出室內地面的微小起伏不平和彈性，在讓銅幣脫離手指的剎那間，所有這一切數據資科加上瞬間記錄下來的投擲力度和角度，都即刻輸入計算機，當這個錢幣在空中僅僅完成幾個旋轉之後，計算機就報告出拋擲軌跡的長度，最終是錢幣背面還是正面著地以及著地點的位置，這個方法並不完善，因為拋擲的初始狀態中的極微小的計算錯誤，都會在計算過程中擴大而影響最終結果，不過，在計算機幫助下作出的預測，大概總比一連串的瞎猜更精確，在有限的程度上，我們總能了解銅幣的命運。
有人會說，這是個有趣的試驗，但並不與所討論的問題完全相關，因為銅幣沒有思維。但是，這種不足可以逐步得到糾正，我們可以先選一種中等複雜程度的事物，設想飛入空氣中的物體不是銅幣而是一隻蟲子，比如一隻蜜蜂，蜜蜂是有記憶力的，它可以用很有限的方式進行思維。在蜜蜂短暫的一生中——最長一般是50天——它知道每天的時間變化、蜂房的位置、同胞的氣味，以及多達5個採花區域的方位和質量。對於外界的輕微的觸動，它也會產生猛烈的一反常態的反應，對於不知蜜蜂內情的人來說，蜜蜂顯得很自由，但如果又象前面那樣把這種昆蟲的一切已知物理性質集中起來，諸如神經系統、活動特性、特定蜜蜂的個體歷史等，並同樣運用最先進的計算機技術加以測定，那麼，我們對它的飛行路線所作的預測，其精確度會遠超過一般性估計，對那些監測計算機讀數的人來說，這隻蜜蜂的未來在一定程度上已被決定了。但是，由於蜜蜂永遠不會具有人類這方面的知識，所以它的「心」中總會有著自由意志。
當人思考自己的中樞神經系統時，他最初看來和蜜蜂的情況無異。雖然人的行為方式與昆蟲的相比大為複雜和變化無常，在理論上仍然是可以確定的，遺傳的制約和人類生存環境的有限數量，能大大縮小實際結果的可能範圍，但要對一個具體的行為作出哪怕是短期的預測，我們目前想像得到的技術還不能完成，或許任何想像得到的智慧都不能做到這點。我們將必須考慮成千上萬的變數，在任何一個變數上微小的不精確，都容易擴大到影響部分或整個精神活動的程度，何況，在這兒，有一種類似海森伯格有關亞原子物理學的「測不準原理」的規律在更大的規模上起作用，觀察者越是深入地研討人的行為，越看不到行為的本來面目，對這些行為的解釋也越有賴於研究者選擇的測量手段，觀察者的意願和命運已被觀察者的意願和命運聯在一起，只有某種想像的最複雜的監測手段，能從人腦外部遠處同時記錄下大量腦內神經活動過程，才可能把上述相互作用降低到可接受的程度。所以，由於數學上的不確定性和「測不準原理」，大自然或許已成了一條規律，沒有某種神經系統能取得足夠多的知識，去有效地、在細節上預知其他智力系統，另外，一個人的理性思維再強，也不可能充分了解自己從而了解自己的未來並掌握自己的命運，不可能從這種意義上消滅大腦中的自由意志。
要對人類思維這樣的複雜活動作出預測，還有一個同樣大的困難．原始數據在抵達我們大腦深處時，已經發生了變化，舉視覺為例，它的過程是這樣的，首先，光的輻射能量激發起構成視網膜的約1億左右的初級感光細胞的生物電活動，每一個細胞都記錄在每一時刻傳給它的顏色或者亮度；物體的形象被光傳送過晶狀體後變成一系列電信號，就象電視攝象機的道理一樣，視網膜後面約100萬個神經節細胞接收到這些信號，並對它們進行整理、排列，每一個神經細胞從視網膜的一組環狀初級感光細胞接收到信息，當有足夠強度的明暗對比使感光細胞環分離時，神經節細胞就活躍起來。然後，信息傳到頭部後下方大腦皮層的一個區域，在那裡，專門的皮層神經細胞又來重新翻譯這種信息，每一個皮層細胞，細胞受一組次級神經節神經的激發而產生相應的電流活動，如果神經節細胞的釋放模式反映了三個直線方向中任何一種——水平的、垂直的、斜向的，其他皮層細胞便對信息進行進一步整理抽象，對直線的端點或交角作出電流反應。
發自體外和體內的各種信息，經過這樣的編碼和整理，就可以為我們的大腦完全接收，在大腦皮層神經細胞的參與下，將有無數同時的，協調的信號再現，構成我們的意識，我們把意識看成有機體的活動，絕不是低估意識的能量。查爾斯·謝林頓爵士用了一個很精採的比喻來形容人的大腦，說它是「一部著了魔的紡織機，上面億萬隻閃光的俊子編織著融匯一切的圖形」，既然我們的頭腦能夠通過對感受到的印象進行整理而重現現實，它同樣能夠通過回憶和想像而模仿現實，大腦自己發明故事，不斷想像和回憶著各種事件，殺死敵人、擁抱情人、用鐵塊雕琢工具，漫遊在神話和天堂的奇境之中。
在這個腦神經的舞台上，自我是主角，自我一登上這個舞台，腦下部的情感中樞就準備好作出更敏銳的反應，然而，就算我們最深的感情是關於我們自己，這種對自己的沉思冥想能夠從結構上解釋最深藏的自我－靈魂嗎？神經生物學最大的奧秘不是自我之愛或渴望不朽，而是目的性，誰是第一推動者？誰是引導那些閃光的紡梭的紡織者？過分簡單化的神經學手段，只會使我們以為大腦就象俄羅斯洋娃娃：打開一個發現更小的一個，再打開一個……直到最小的一個為止。同樣，我們先一個個將神經細胞迴路分解成更小的第二層迴路……直到只有一個個孤立的細胞，而另外相反的極端又是：過分複雜化的神經學模式只會導致一種活力論玄學，只能推想一些性質，卻不能用神經細胞、循環或者別的物質單位來解釋。
也許，如果我們承認那些認知心理學家所稱為「圖式」或「計畫」的東西，我們就能找到一個折衷的解決辦法，一個「計畫」是大腦內的一種構形，它或是天生的，或是後天習得的，神經細胞輸入的信息將與它作出比較，將真實的模式和預期的模式匹配起來會產生某種效果，這種圖式幫助大腦這部機器進行思維，它略去一些細節，而選擇了另一些細節，這樣，大腦就對外部事物的某一部分有更逼真、深刻的意識，就會選擇一種決定而捨棄另一種決定，這種圖式還能對感官的實際輸入填補缺失的細節，在大腦中創造一種並非完全再現現實的模式。通過這種方法，對象的完形（由對象產生的方形、臉、樹或其它印象）從上述圖式的分類能力得到更好的顯示，這些為我們提供參照的構架，通過創造關於身體運動部分的意識和自動控度，協調著整個身體的運動。當一個肢體受傷而不能活動，以後又才開始恢複功能時，感官的信息輸入與這些構架之間的匹配得到了最形象的說明，有一位名叫奧利弗·薩克斯的心理學家，就描述過他自己一次腿傷後，經過很長的時間才得以恢複，當他試圖邁出第一步時，他的感覺是：
我突然有一種知覺上的迷糊和錯亂，眼前情不自禁地驟然冒出以前全然感覺不到的東西以及沒有見過的形象。我的腿和眼前的地面似乎一下子顯得離自己非常遙遠，然後又近到鼻子底下，繼而又奇怪地這樣或那樣地傾斜或絞扭起來。這些荒唐的感覺（或稱作知覺的假設）以每秒幾次的速度相繼出現，不召自來，無法預測。逐漸，這些感覺的反常和荒唐程度減少，最後，大約5分鐘後，經過上千個這種瞬間感受以後，我才有了正常的腿的形象。突然，我重新感到這腿真是我的，實實在在的，因而我隨即能夠邁開步子行走了。
最有意義的是，大腦內的圖式可以作為意志的物質基礎