Tout état conscient est un phénomène global impliquant l’activation de nombreuses régions du cerveau. Cela étant dit, on connaît certaines structures cérébrales participant davantage à certains types de phénomènes conscients.

Ainsi, l’aspect “contrôle volontaire et donc conscient du mouvement” et l’aspect “perception consciente des propriétés d’un objet ou de ses qualia” impliquent l’activation de différentes régions cérébrales. Dans la méditation axée sur la relaxation par exemple, ces deux aspects tendent d’ailleurs à se dissocier, avec un sentiment moindre de l’expérience du contrôle moteur conscient chez le sujet mais une augmentation de son expérience sensorielle.

Les expériences d’imagerie cérébrale sur les états méditatifs confirment cette expérience subjective au niveau cérébral en montrant par exemple une augmentation d’activité dans l’hippocampe, le lobe pariétal antérieur et le lobe occipital, des régions reconnues comme étant actives dans le traitement de l’information visuelle et somatosensorielle.

Dans les années 1940, Wilder Penfield a effectué plusieurs opérations pour enlever des foyers épileptiques chez des patients anesthésiés localement et donc conscients durant l’opération. Avant de procéder à l’excision d’une zone corticale, Penfield appliquait des stimulations électriques à différents endroits sur le cortex pour être certain de ne pas enlever de régions importantes impliquées dans la parole par exemple. Lorsqu’il stimulait ainsi le cortex moteur primaire de ces patients, les membres correspondants bougeaient, mais les patients affirmaient que ces mouvements étaient involontaires et non intentionnels.

Ces expériences ont donc clairement démontré qu’en ce qui a trait aux mouvements, leur aspect volontaire ne dépend pas du cortex moteur primaire.

L’aire prémotrice et l’aire motrice supplémentaire, quant à elles, sont situées juste en avant du cortex moteur primaire. L’activation de certains groupes de neurones de ces régions produit des mouvements plus spécifiques de nos membres. Mais encore ici, on est loin de pouvoir affirmer que ce sont ces régions qui « décident » d’effectuer tel ou tel mouvement.

En avant des lobes frontaux se trouvent les lobes préfrontaux qui reçoivent d’innombrables connexions des autres régions du cerveau humain. Les voies visuelles ventrales et dorsales en provenance des lobes temporaux et pariétaux y aboutissent, pour ne citer que celles-là.

Il est difficile de définir clairement le rôle du cortex préfrontal. Mais il semble être impliqué dans la détermination de la séquence temporelle nécessaire pour une action donnée. Les patients ayant souffert d’une lésion au cortex préfrontal à qui l’on demande de reproduire une série de mouvements ont par exemple tendance à reproduire les bons mouvements mais dans le mauvais ordre.

Dans des tests où on leur demande de montrer différents usages pour un objet donné, ils font preuve d'une grande rigidité comportementale et une répétition excessive des comportements. En se cantonnant à l’usage le plus commun de l’objet, c’est comme s’ils échouaient à inhiber cet usage le plus commun pour laisser venir les autres.