腦成像技術的測謊實踐及其心理生理學基礎論文

時間：2021-06-17 15:05:04 論文我要投稿

　　人類與謊言的斗爭已經持續了幾千年。20世紀初，現代測謊儀的開發和應用使得測謊技術有了科學的依據，并在犯罪調查、安全審查和人事測評等領域得到廣泛應用，且取得了顯著成效。然而，由于傳統測謊儀存在著種種缺陷，無法達到理想的檢測水平，這就促使人們對測謊技術有了新的需求。目前，運用最新科學儀器和綜合多學科理論進行測謊的研究和實踐正在逐步深入，比如腦電測謊、功能磁共振成像測謊等。隨著測謊技術的持續發展，測試問題范式也處于不斷改進之中，傳統的比較問題測試和犯罪知識測試雖有一定的科學理論支撐，但生態性不足，研究者們正在尋求一些新的測試范式來彌補這一缺陷。

腦成像技術的測謊實踐及其心理生理學基礎論文

　　此外，測謊領域的理論研究也是心理學、生理學、神經科學、刑事偵查學等多個學科領域關注的問題。目前，傳統測謊儀的測謊理論已經相當成熟，但對于新的測謊技術所依據的心理生理機制的研究還很不深入、充分，這將妨礙測謊學的發展和測謊技術的進一步推廣應用。

　　在國內，極少有采用神經科學的方法來研究說謊機理并用于測謊的科研單位，因此，我國的測謊理論和實證研究文獻很少，尤其是神經影像學測謊方面尚屬空白領域。本文回顧了生理多導儀、腦成像技術等多種測謊手段的發展歷程，重點論述了腦成像技術測謊研究的現狀和前景。此外，本文對傳統的測謊問題范式進行了簡單討論，并介紹了幾個新穎的測試范式，指出有效的測試范式需要找到外部效度和測試控制程度的平衡點。最后，本文總結當前研究并構建了社交情境下說謊行為的心理生理學模型。

　　整個模型將說謊涉及的多種心理生理過程分為認知、情緒和外周生理反應三大模塊，有助于進一步揭示說謊行為在不同維度上的內在機制，并為測謊工作提供更加可靠、全面的檢測指標。

　　測謊技術早期測謊技術測謊技術最早可以追溯到原始社會，那時的人們基于對神靈的膜拜創設了如“火刑”、“油刑”、“沸水刑”等酷刑來幫助識別謊言。隨著社會的進步及人類認識能力的提高，人們發現可以通過“察言觀色”,即分析個體在說話時表情和聲音的變化，來判斷對方是否在說謊。因為個體在說謊時情緒經常處于應激狀態，進而出現相應的生理反應變化。但這種觀察甄別的技術需要經過專業培訓，且其結果不可避免地帶有主觀性，尤其某些細微的生理反應不易通過肉眼識別，這些因素直接影響測謊結果的可靠性。基于機體的生理反應并能作出靈敏記錄和鑒別的電子儀器的出現，為測謊提供了相對客觀的指標。

　　第一臺實用的測謊儀是Larson于1921年發明的，它能連續記錄受測者的血壓和呼吸兩個參數。1945年，Reid設計了能同時記錄血壓、脈搏、呼吸、皮膚電和肌肉活動五項指標的“Reid多譜描記儀”,大大提高了測謊的準確性。

　　現代測謊技術所使用的生理多導儀，也是在此基礎上發展并設計的。生理多導儀的出現為人們提供了科學的測謊技術，并在犯罪調查、安全審查和人事測評等領域得到廣泛應用。此外，有研究發現說謊時情緒的變化會導致說謊者臉部溫度分布發生改變，基于該原理，近年來興起一項近紅外成像測試技術，該技術可以實時、隱蔽、遠距離地觀測嫌疑人。

　　無論是生理多導儀還是近紅外成像，它們在原理上都是檢測機體情緒變化相關的外周生理反應，未能直接涉及說謊行為特有的認知過程。而生理反應往往可歸因于多種心理過程，如激動、生氣等情緒的變化也可能引起個體類似的生理反應。因此，這些技術無法避免存在誤判的可能。

　　腦成像測謊技術個體在說謊時需要進行一系列獨特的認知加工活動，而大腦是所有認知活動的中樞，揭示說謊過程中大腦的活動模式，能夠為我們提供更加豐富可靠的信息以幫助測謊。事件相關電位（event-relatedpotential,ERP）、正電子發射斷層成像（positronemissiontomography,PET）、功能磁共振成像（functionalmagneticresonanceimaging,fMRI）等腦成像技術在測謊領域的研究和應用，揭示了說謊行為所涉及的心理與生理過程之間的聯系及其內在機制，還為與說謊相關的神經疾病的診療提供了非常有價值的信息。

　　ERP是從自發電位（spontaneouspotential）中提取的大腦的高級功能電位。ERP技術測謊通常以P300成分為測試指標。研究發現，P300的波幅與受測者的注意程度和刺激的信息量成正比。

　　由于犯罪相關刺激對于真正的罪犯包含更多信息，具有更大意義，因此會引起高波幅的P300電位。該結果已被廣泛研究和驗證。然而，不同研究得到的鑒別率差別相當大，一般認為主要原因在于該技術要求受測者對犯罪細節記憶清晰。在實際應用中，由于個體差異、時間推移等因素的影響，受測者往往無法保證記憶強度。此外，腦電技術在空間分辨率上受到限制，無法精確定位說謊行為涉及的認知過程相關的腦區。PET和fMRI技術在這方面相對具備較大的優勢。

　　在過去的幾十年中，PET和fMRI是神經科學領域最重要的腦成像技術，大量研究應用這兩種方法，成功揭示了各種認知過程的大腦活動模式。

　　腦功能成像實驗中，常用氟同位素（18F）標記的FDG-PET技術來檢測任務過程中局部腦血流的變化。由于被標記物具有放射性，該技術不適于大量應用。fMRI是一種無損的腦功能探測技術，它通過測量磁場信號的改變來度量由神經細胞活動所引發的腦區中脫氧血紅蛋白濃度的改變。Spence等人最先開展了fMRI測謊研究，他們以聽覺和視覺兩種方式向受測者呈現日常生活事件相關問題，要求受測者通過按鍵做說謊和誠實回答各一遍。

　　結果發現無論以何種方式呈現刺激，說謊條件下的反應時間都顯著長于誠實條件，與行為反應抑制相關的腹外側前額葉的活動在說謊時也顯著加強，表明說謊過程中需要抑制誠實做答這一優勢反應，因而延長了反應時間。

　　此后，基于fMRI技術測謊的研究報道逐年遞增，關注點從說謊類型、個體鑒別、反測謊到病理學等各異。

　　這些研究發現說謊情況下的激活腦區有共同之處，主要包括前額皮層、前扣帶回、杏仁核與尾狀核等皮質下區域及某些默認網絡腦區。由此可見，說謊的神經機制不僅涉及與情緒和外周生理反應相關的皮質下腦區，更需要負責高級認知功能的前額區域的參與。而前扣帶回聯結著前額與皮質下腦區，可能起到對來自這兩個區域的認知與情緒信息進行整合加工的作用。默認網絡腦區則與相關記憶信息的提取、心理框架的整合等過程有關。fMRI技術測謊研究幫助揭示了說謊的認知神經機制，可為測謊技術的應用和改進提供更本質、更豐富的信息，同時也為臨床病理學提供了診療依據。當然，目前關于fMRI技術測謊，還存在許多需要進一步探討和解決的問題，包括抗反測謊能力、腦活動模式的特異性及個體鑒別等。值得注意的是，雖然腦成像技術能夠反應某種認知活動下的腦激活模式，但成像結果卻并不能作為個體執行了某種認知過程的直接證據。因此，各種腦成像測謊研究通過精確定位說謊相關腦區，在一定程度上揭示了說謊行為實施過程中發生的認知心理活動，但其結果的有效性還需要進一步研究證實。

　　測謊實驗范式傳統測試范式隨著測謊技術的迅速發展，測謊研究所采用的測試問題范式也處于不斷改進之中。比較問題測試（comparisonquestiontest,CQT）是生理多導儀測謊中應用最廣泛的提問范式，腦成像技術的測謊應用及其心理生理學基礎綜述/MiniReview它主要通過比較與不同類型問題相應的生理反應來判斷受測者是否說謊。目前，對該范式最大的爭議在于能夠引起所有受測者關注的準繩問題沒有客觀、統一的選取標準。

　　犯罪知識測試（guiltyknowledgetest,GKT）是由Lykken提出的一種新的測試范式，它通過檢測受測者是否具有與犯罪信息相關的記憶痕跡判斷該受測者是否可疑。目前，腦成像技術測謊的實驗室研究多采用GKT范式，如：ERP測謊技術基于此范式檢測記憶成分；fMRI測謊研究則在傳統GKT范式的基礎上加入了一個與犯罪相關選項相同比例的靶選項，受試者需要否認相關選項（即說謊反應）而對靶選項進行確認（即誠實反應），對其它選項則全部如實回答，通過比較說謊反應和誠實反應的差異得出說謊行為特有的神經生理學基礎。

　　學術界對于GKT范式的研究興趣極大，但對關鍵犯罪信息嚴格保密的需求影響了該范式的普及，因此，目前僅在日本有較廣泛的實際應用。

　　新型測試范式近幾年，研究人員借鑒神經經濟學領域的研究范式，創造了更加真實、更加自由的測試情境，使實驗設計更接近于真實說謊場景。Greene和Paxton設計了一個猜測硬幣朝向的實驗任務來研究欺騙反應的神經機制。在硬幣朝向揭示前，受測者必須做出預測。朝向揭示后，一種情況下，受測者可以選擇更改預測結果從而得到更高的正確率以騙取更多獎勵，如此就形成了欺騙的機會和動機；另一種情況下，受測者必須保持之前的預測結果不變。

　　Baumgartner等人則采用了需要二人互動的信任實驗來研究違背承諾這種欺騙行為的神經機制。受測者首先需作出承諾，然后期待對方的反應，最終決定是否遵守最初的承諾，所有的承諾和決策都由受測者自主決定，而實驗中的所有決策將影響雙方最終得到多少報酬。

　　上述測試范式不同于早期測謊實驗，受測者在測試過程中可以自主選擇是否說謊以及何時說謊。并且，測試中加入了更加真實的社交互動情節，每一次決策都將影響雙方的利益，因此，受測者在說謊時會有相對更高的情緒體驗和動機水平。然而，由于受測者可以自由決定說謊行為的產生，就難以對其發生頻率進行控制。未來的測謊范式需要尋求外部效度和控制力的平衡，以獲得最佳的測試效果。目前，這類范式可以有效地幫助實驗室探索說謊的心理和生理機制，但能否提取基本的測試模式并推廣到實際應用中還需要進一步研究。

　　測謊的理論模型傳統測謊儀的測謊理論已較為成熟，戴維斯的“恐懼后果說”在測謊領域一直占據著統治地位。“恐懼后果說”認為受測者對于謊言被揭穿的擔心、恐懼和緊張情緒激活了交感神經系統，進而導致生理反應發生變化。

　　認知是情緒的基礎，說謊不僅與情緒有關，更與個體的認知心理過程緊密相連。目前，在說謊的認知層面比較公認的是犯罪情景記憶過程。此外，進化心理學認為說謊的心理機制是心理理論（theoryofmind）和道義推理（deonticreasoning），即個體在說謊的過程中需要解讀對方的所思所想，并理解各種社會規范或規則，才能合理、有效地說謊。與之類似，Sip等人強調了社會化因素對于研究說謊機制的必要性，指出說謊行為涉及信息管理、風險管理、名譽管理和印象管理四個認知加工過程，但未包含情緒和生理反應。Mohamed等人提出了較完善的說謊模型，從受測者接受測謊程序的角度描繪了整個流程中受測者的心理和生理反應，以及相應的神經基礎，但該模型在認知層面上的分析略顯單薄。

　　隨著腦成像科學逐漸在測謊領域中嶄露頭角，研究結果為相應的測謊理論的建立和完善提供了更多依據。本文通過總結目前測謊領域的理論和實證研究，對理論模型進行了改進，構建了基于社交情境的說謊行為的心理生理學模型。該模型將說謊涉及的多種心理生理過程分為認知、情緒和外周生理反應三大模塊（見圖1）。

　　下面將結合各種測謊技術及相關研究對各部分進行深入探討。

　　說謊行為的心理生理學模型箭頭指示各種心理生理過程的發生和作用方向情景記憶再現心理理論風險決策抑制真實反應執行說謊反應認知模塊執行功能沖突和反應監測情緒反應與調節外周生理反應說謊的認知模塊情景記憶再現說謊模型中的認知模塊包含諸多高級的心理過程，它們在不同的神經科學實證研究中得到了支持。

　　首先，人腦對感知過的外界信息都會存留一定的心理痕跡，尤其是對于能夠造成強烈心理刺激的犯罪情景。當個體面臨相關話題時，將喚起相關情景記憶的再現和提取，這些情景表征內容通常是該事件的真實情況。例如，以P300為指標的ERP測謊技術和GKT范式都是對說謊相關事件的記憶痕跡進行檢測。fMRI測謊研究發現默認網絡，尤其是扣帶回后部和楔前葉的協同活動，可能反映了受測者對記憶信息進行提取與再現、同時將當前信息整合入已有心理框架的過程。

　　風險決策認知模塊中的第二階段是風險決策。實際生活中的說謊行為往往伴隨著強大的動機水平，說謊者需要通過多方面的利弊權衡進行決策，比如評估說謊給自身帶來的利益，以及謊言被揭穿可能引起的后果等。大量研究表明，腹側紋狀體在獎勵目標導向的行為決策中具有重要作用。Baumgartner等人的互動信任實驗研究結果發現，在決策階段，失信組相對于守信組在前扣帶皮層、杏仁核、腹側紋狀體表現出更強的激活水平，這表明不誠實的行為伴隨著較強的動機成分，需要評估風險進行決策，進而導致更強的情感喚醒。

　　執行功能個體在作出說謊決定后將進入說謊實施階段。由于對當前事件的真實反應往往是自發的優勢反應，執行說謊行為的過程中需要不斷抑制真實反應。這需要時刻對說謊和真實這兩種沖突反應進行監測，以抑制真實反應并設計合理的謊言，提高可信度。

　　抑制真實反應、沖突和反應監測、執行說謊反應這三個成分統歸于執行功能的范疇，三者相互影響、交替發生。前額葉皮層是一個包含眾多子區域的執行控制系統，該腦區的活動支持說謊過程中執行功能這一核心成分。結構成像研究[25]發現，病理型說謊者（這類人群習慣于無目的性地、毫無邏輯地說謊）的前額葉皮層內白質體積相對于正常人有顯著的增加，揭示了該腦區與說謊行為的密切關系。Christ等人的元分析研究結果也證實了執行功能及其相應的神經基礎---前額葉皮層在說謊過程中的重要地位。

　　前額葉皮層延伸范圍很廣，其中最可能與說謊有關的子區域是腹外側、背外側及內側前額葉。腦損傷實驗證實腹外側前額葉的損傷可導致行為抑制能力的喪失，而PET測謊研究揭示該腦區在假裝知道和假裝不知道兩種不同的說謊類型下呈現持續的激活現象，fMRI研究也發現該腦區在說謊條件下顯示更強的活動，且與說謊頻率相關。背外側前額葉與復雜行為的計劃和執行相關，因此，這一腦區可能支持著執行說謊反應這一過程。

　　經顱電刺激是一種通過低強度微量電流刺激大腦，從而引起局部腦區功能變化的技術，常用于揭示特定腦區與相關心理過程或行為的因果關系。研究發現，使用該技術改變背外側前額葉活動，將有效影響欺騙反應的速度和效果。fMRI研究也支持背外側前額葉執行說謊反應的功能。Ito等人使用情緒效價不同的刺激進行比較研究，發現背外側前額葉在說謊過程中的活動十分穩定，幾乎不受情緒因素的影響。為了有效抑制真實反應并參照真實信息編造合理的謊言，還需要時刻對真話和謊話這兩種沖突的反應及當前狀況進行監測，從而不斷調整說謊行為。這種監測過程涉及多個腦區的活動，比如，內側和背外側前額葉都與沖突監測、反應選擇及工作記憶有關，其中，前扣帶回皮質對于沖突監測和調節的作用在大量測謊研究中都有較一致的結果。我們實驗室的fMRI測謊研究借鑒Langleben等人的卡片測試實驗，初步探討了前扣帶回皮質中不同子區域在說謊過程中的作用，發現該腦區前側是執行說謊行為所必需的神經基礎，而背側的活動程度則與說謊行為的個體差異顯著相關。

　　心理理論最后，心理理論也是構成說謊理論不可缺少的一部分。為了達到成功說謊的目的，說謊者不僅需要具備一定的說謊水平，還需要關注對方的反應，揣摩對方的想法，不斷調整自身言行。在心理理論研究中，內側前額葉常顯示出顯著激活，尤其當處于競爭的社交情境中時，該腦區的活動相當強烈。Nunez等人對說謊相關的腦區與被試的心理變態人格特征測試得分進行了相關性研究，發現內側前額葉在說謊時持續激活，且激活強度與人格測試中缺乏關心和計劃性呈顯著正相關。這一結果證實了內側前額葉可能與心理理論能力相關，同時也表明該腦區對于反應計劃的重要性。

　　說謊的情緒模塊正如“恐懼后果說”所指出的，個體在說謊過程中由于受某種動機的驅使，又擔心謊言被識破，會產生緊張、焦慮、害怕等負性情緒。一般認為情緒加工的神經基礎包含許多腦區，其中最關鍵的是杏仁核、島葉、前扣帶回皮質和前額葉區域。一些研究表明，杏仁核損傷主要影響恐懼等負性情緒的表達，同樣參與恐懼情緒加工的是前扣帶回皮質，而島葉則與厭惡情緒相關，至于前額葉腦區，一般認為該區域在情緒調節過程中發揮重要作用。fMRI測謊研究一致發現，個體在說謊時，邊緣系統，尤其是杏仁核與腦島的活動顯著加強。此外，為避免異常情緒的外露，說謊者需要對自身情緒和生理反應進行一定的調節和控制，以取得對方的信任。大量研究一致發現的前額葉腦區在說謊過程中活躍的現象，說明除了參與上文探討的執行功能外，該區域可能也與緊張、害怕情緒的評價和調節過程密切相關。

　　情緒和認知都是說謊行為產生的基礎，二者存在著不可分割的聯系，即個體的認知過程可以在一定程度上對當前的情緒狀態進行調節，而情緒反應又可以進一步影響個體的認知表現。在神經科學領域，認知與情緒的關系也是近年來持續受到關注的熱點問題。在Gross提出的五種情緒調節方式中，個體的認知過程對情緒加工的影響最直接地體現在注意資源分配和認知重評兩種方式上。注意資源分配指的是將注意力轉移到有利于情緒改善的當前事件的其它方面，或者直接將注意投向其它事件，而認知重評是指個體通過改變對當前事件本身或應對該事件的.自身能力的看法，從而改變當前事件的情緒效價。這些認知策略有助于人們在日常生活中對自身的負性情緒進行良好的管理和調整，使情緒趨于穩定。

　　然而在測謊工作中，假如這些策略被受測者巧妙利用而作為反測謊手段，就會削弱測試結果的可靠性，給測謊工作帶來一定的困難。

　　另一方面，情緒在方方面面影響著個體的認知過程。比如，情緒信息能夠引起個體的注意偏向；對情緒性刺激的外顯記憶和有意記憶總能得到加強；此外，情緒狀態也會影響到個體的判斷、推理和決策過程。

　　腦成像研究發現前扣帶回皮質在認知和情緒加工過程中顯示共同的激活。同時，從解剖結構的角度來看，前扣帶回皮質除了在前額葉皮層有大量的神經纖維束投射外，還與邊緣系統有很強的雙向結構連接。

　　因此，前扣帶回皮質很可能在個體說謊過程中作為聯系前額葉與皮質下區域的中介腦區，將多維度信息加以整合，從而發揮認知與情緒加工過程的交互調節作用。說謊的外周生理反應自主神經系統與情緒有著密切的關系。人在情緒狀態中，常常伴有明顯的自主性反應。說謊行為實施過程中產生的緊張、害怕等不自然的情緒會激活自主神經系統，從而引起外周生理反應的變化，比如血壓升高、心率增加、皮膚出汗等反應。雖然高級神經中樞對于自主神經系統這種低級中樞具有一定的調節功能，但往往無法對其實現完全的控制。因此，生理多導儀和近紅外熱像儀可以通過檢測這種異常情緒引起的某些生理參數的微弱變化來判斷受測者是否說謊。外周生理反應可以由情緒的變化而引起，相反的，個體接受外部刺激所產生的生理反應同樣可以影響個體的情緒狀態。Bechara等人提出的情緒環路模型將情緒加工的神經環路分為身體環路和似身體環路，在前一類情緒環路中，內臟和腺體等軀體狀態的信號可以映射到島葉、軀體感受皮層等腦區，由此產生個體的情緒感受。

　　以上模型中的各成分都能在生理多導儀、腦成像等測謊研究中找到相應的體現，其中，外周生理反應、情景記憶再現、沖突檢測等成分已被作為關鍵的測謊指標應用于實驗室研究乃至實際案例中。這表明該模型具有一定的可行性，將有助于為測謊實驗研究和測謊技術的完善提供一定的指導意義。值得注意的是，說謊行為是由多種心理和生理過程組合而成的復合體，僅僅使用模型中某個單一的成分作為指標來測謊，無法達到理想的鑒別率，因此，需要結合多種成分進行檢測和評估，以提高測試的可靠性。

　　而如何從腦成像數據中有效地識別和分離各種成分也是目前需要解決的難題。問題與展望幾千年來，測謊手段經歷了從依賴封建迷信、到觀察言行舉止、再到記錄外周生理反應、直到如今檢測中樞神經系統的發展歷程。傳統測謊儀的缺陷日益凸顯，腦成像技術在測謊領域的應用前景越來越受到人們的關注。盡管目前腦成像研究結果定位了一系列說謊行為相關的腦區，其中，腹外側前額葉、眶額皮層、杏仁核等腦區對于說謊行為的作用也已經得到腦損傷和病理研究的支持，但還有不少區域有待進一步證實。測謊技術的目標是在個體水平上正確地鑒別說謊行為的發生，但目前任何測謊手段都無法確保100%的個體鑒別率。另一方面，由于實驗室研究采用的測試范式、刺激材料、被試群體等因素也存在差異，測試結果難以統一。當然，測謊技術的使用離不開測試問題范式的有效配合，未來的測謊范式需要在現有范式中取長補短，找到實驗外部效度和控制程度的平衡點，以獲得最佳的測試效果。此外，研究發現，目前的所有測謊手段都在不同程度上受到物理、心理兩類反測謊手段的影響，有效的測謊可能需要尋求多種技術手段的結合，以區分反測謊操作引起的中樞神經及外周生理反應。最后，測謊實施過程中涉及眾多人為因素，施測者在評定時往往會依據行為觀察等檢測結果以外的信息，使結果帶有主觀色彩。而受測者對測謊技術的相信程度也與測謊結果有著密切的關系。因此，最終的測謊技術必須建立一套標準化的評判細則，確保結果解釋的客觀與恒定。

　　近一個世紀以來，科學的測謊技術取得了蓬勃的發展，而適合于當前腦成像測謊技術的理論體系還很不完善。我們基于相關研究，提出了社交情境下說謊行為的心理生理學模型，將有助于測謊學的發展和測謊技術的進一步推廣應用。另外，對各種測謊指標的孤立研究制約了測謊領域的發展，未來的研究需要融合多種技術對多種成分進行檢測和評估，以提高測試的可靠性。結合生理多導儀與fMRI技術的測謊研究已見諸報端，但目前尚未能達到理想的檢測水平。ERP技術的加入或許能夠在此基礎上為我們提供時間尺度上更加可靠的信息。然而，不同技術依據的測謊指標不一，因此，為多模態測謊手段提供全面、有效的指標也是我們構建這一相對完善的心理生理學模型的主要目的。最后，目前的測謊研究多關注于揭示說謊模型中各成分對應的神經基礎，未來的測謊研究可以在此基礎上使用功能連接及有效連接的方法，探究支持說謊行為的腦功能網絡及內部結點之間的作用關系，反過來驗證或修善模型，找出其中的關鍵結點，采用經顱電刺激等手段改變該結點所在局部腦區的活動，從而對說謊行為進行有效控制。同時，這也將有助于實現對病理型說謊者的治療。

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