脑成像技术的测谎实践及其心理生理学基础

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    人类与谎言的斗争已经持续了几千年。20世纪初,现代测谎仪的开发和应用使得测谎技术有了科学的依据,并在犯罪调查、安全审查和人事测评等领域得到广泛应用,且取得了显着成效。然而,由于传统测谎仪存在着种种缺陷,无法达到理想的检测水平,这就促使人们对测谎技术有了新的需求。目前,运用最新科学仪器和综合多学科理论进行测谎的研究和实践正在逐步深入,比如脑电测谎、功能磁共振成像测谎等。随着测谎技术的持续发展,测试问题范式也处于不断改进之中,传统的比较问题测试和犯罪知识测试虽有一定的科学理论支撑,但生态性不足,研究者们正在寻求一些新的测试范式来弥补这一缺陷。
   
    此外,测谎领域的理论研究也是心理学、生理学、神经科学、刑事侦查学等多个学科领域关注的问题。目前,传统测谎仪的测谎理论已经相当成熟,但对于新的测谎技术所依据的心理生理机制的研究还很不深入、充分,这将妨碍测谎学的发展和测谎技术的进一步推广应用。
   
    在国内,极少有采用神经科学的方法来研究说谎机理并用于测谎的科研单位,因此,我国的测谎理论和实证研究文献很少,尤其是神经影像学测谎方面尚属空白领域。本文回顾了生理多导仪、脑成像技术等多种测谎手段的发展历程,重点论述了脑成像技术测谎研究的现状和前景。此外,本文对传统的测谎问题范式进行了简单讨论,并介绍了几个新颖的测试范式,指出有效的测试范式需要找到外部效度和测试控制程度的平衡点。最后,本文总结当前研究并构建了社交情境下说谎行为的心理生理学模型。
   
    整个模型将说谎涉及的多种心理生理过程分为认知、情绪和外周生理反应三大模块,有助于进一步揭示说谎行为在不同维度上的内在机制,并为测谎工作提供更加可靠、全面的检测指标。
   
    测谎技术早期测谎技术测谎技术最早可以追溯到原始社会,那时的人们基于对神灵的膜拜创设了如“火刑”、“油刑”、“沸水刑”等酷刑来帮助识别谎言。随着社会的进步及人类认识能力的提高,人们发现可以通过“察言观色”,即分析个体在说话时表情和声音的变化,来判断对方是否在说谎。因为个体在说谎时情绪经常处于应激状态,进而出现相应的生理反应变化。但这种观察甄别的技术需要经过专业培训,且其结果不可避免地带有主观性,尤其某些细微的生理反应不易通过肉眼识别,这些因素直接影响测谎结果的可靠性。基于机体的生理反应并能作出灵敏记录和鉴别的电子仪器的出现,为测谎提供了相对客观的指标。
   
    第一台实用的测谎仪是Larson于1921年发明的,它能连续记录受测者的血压和呼吸两个参数。1945年,Reid设计了能同时记录血压、脉搏、呼吸、皮肤电和肌肉活动五项指标的“Reid多谱描记仪”,大大提高了测谎的准确性。
   
    现代测谎技术所使用的生理多导仪,也是在此基础上发展并设计的。生理多导仪的出现为人们提供了科学的测谎技术,并在犯罪调查、安全审查和人事测评等领域得到广泛应用。此外,有研究发现说谎时情绪的变化会导致说谎者脸部温度分布发生改变,基于该原理,近年来兴起一项近红外成像测试技术,该技术可以实时、隐蔽、远距离地观测嫌疑人。
   
    无论是生理多导仪还是近红外成像,它们在原理上都是检测机体情绪变化相关的外周生理反应,未能直接涉及说谎行为特有的认知过程。而生理反应往往可归因于多种心理过程,如激动、生气等情绪的变化也可能引起个体类似的生理反应。因此,这些技术无法避免存在误判的可能。
   
    脑成像测谎技术个体在说谎时需要进行一系列独特的认知加工活动,而大脑是所有认知活动的中枢,揭示说谎过程中大脑的活动模式,能够为我们提供更加丰富可靠的信息以帮助测谎。事件相关电位(event-relatedpotential,ERP)、正电子发射断层成像(positronemissiontomography,PET)、功能磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)等脑成像技术在测谎领域的研究和应用,揭示了说谎行为所涉及的心理与生理过程之间的联系及其内在机制,还为与说谎相关的神经疾病的诊疗提供了非常有价值的信息。
   
    ERP是从自发电位(spontaneouspotential)中提取的大脑的高级功能电位。ERP技术测谎通常以P300成分为测试指标。研究发现,P300的波幅与受测者的注意程度和刺激的信息量成正比。
   
    由于犯罪相关刺激对于真正的罪犯包含更多信息,具有更大意义,因此会引起高波幅的P300电位。该结果已被广泛研究和验证。然而,不同研究得到的鉴别率差别相当大,一般认为主要原因在于该技术要求受测者对犯罪细节记忆清晰。在实际应用中,由于个体差异、时间推移等因素的影响,受测者往往无法保证记忆强度。此外,脑电技术在空间分辨率上受到限制,无法精确定位说谎行为涉及的认知过程相关的脑区。PET和fMRI技术在这方面相对具备较大的优势。
   
    在过去的几十年中,PET和fMRI是神经科学领域最重要的脑成像技术,大量研究应用这两种方法,成功揭示了各种认知过程的大脑活动模式。
   
    脑功能成像实验中,常用氟同位素(18F)标记的FDG-PET技术来检测任务过程中局部脑血流的变化。由于被标记物具有放射性,该技术不适于大量应用。fMRI是一种无损的脑功能探测技术,它通过测量磁场信号的改变来度量由神经细胞活动所引发的脑区中脱氧血红蛋白浓度的改变。Spence等人最先开展了fMRI测谎研究,他们以听觉和视觉两种方式向受测者呈现日常生活事件相关问题,要求受测者通过按键做说谎和诚实回答各一遍。
   
    结果发现无论以何种方式呈现刺激,说谎条件下的反应时间都显着长于诚实条件,与行为反应抑制相关的腹外侧前额叶的活动在说谎时也显着加强,表明说谎过程中需要抑制诚实做答这一优势反应,因而延长了反应时间。
   
    此后,基于fMRI技术测谎的研究报道逐年递增,关注点从说谎类型、个体鉴别、反测谎到病理学等各异。
   
    这些研究发现说谎情况下的激活脑区有共同之处,主要包括前额皮层、前扣带回、杏仁核与尾状核等皮质下区域及某些默认网络脑区。由此可见,说谎的神经机制不仅涉及与情绪和外周生理反应相关的皮质下脑区,更需要负责高级认知功能的前额区域的参与。而前扣带回联结着前额与皮质下脑区,可能起到对来自这两个区域的认知与情绪信息进行整合加工的作用。默认网络脑区则与相关记忆信息的提取、心理框架的整合等过程有关。fMRI技术测谎研究帮助揭示了说谎的认知神经机制,可为测谎技术的应用和改进提供更本质、更丰富的信息,同时也为临床病理学提供了诊疗依据。当然,目前关于fMRI技术测谎,还存在许多需要进一步探讨和解决的问题,包括抗反测谎能力、脑活动模式的特异性及个体鉴别等。值得注意的是,虽然脑成像技术能够反应某种认知活动下的脑激活模式,但成像结果却并不能作为个体执行了某种认知过程的直接证据。因此,各种脑成像测谎研究通过精确定位说谎相关脑区,在一定程度上揭示了说谎行为实施过程中发生的认知心理活动,但其结果的有效性还需要进一步研究证实。
   
    测谎实验范式传统测试范式随着测谎技术的迅速发展,测谎研究所采用的测试问题范式也处于不断改进之中。比较问题测试(comparisonquestiontest,CQT)是生理多导仪测谎中应用最广泛的提问范式,脑成像技术的测谎应用及其心理生理学基础综述/MiniReview它主要通过比较与不同类型问题相应的生理反应来判断受测者是否说谎。目前,对该范式最大的争议在于能够引起所有受测者关注的准绳问题没有客观、统一的选取标准。
   
    犯罪知识测试(guiltyknowledgetest,GKT)是由Lykken提出的一种新的测试范式,它通过检测受测者是否具有与犯罪信息相关的记忆痕迹判断该受测者是否可疑。目前,脑成像技术测谎的实验室研究多采用GKT范式,如:ERP测谎技术基于此范式检测记忆成分;fMRI测谎研究则在传统GKT范式的基础上加入了一个与犯罪相关选项相同比例的靶选项,受试者需要否认相关选项(即说谎反应)而对靶选项进行确认(即诚实反应),对其它选项则全部如实回答,通过比较说谎反应和诚实反应的差异得出说谎行为特有的神经生理学基础。
   
    学术界对于GKT范式的研究兴趣极大,但对关键犯罪信息严格保密的需求影响了该范式的普及,因此,目前仅在日本有较广泛的实际应用。
   
    新型测试范式近几年,研究人员借鉴神经经济学领域的研究范式,创造了更加真实、更加自由的测试情境,使实验设计更接近于真实说谎场景。Greene和Paxton设计了一个猜测硬币朝向的实验任务来研究欺骗反应的神经机制。在硬币朝向揭示前,受测者必须做出预测。朝向揭示后,一种情况下,受测者可以选择更改预测结果从而得到更高的正确率以骗取更多奖励,如此就形成了欺骗的机会和动机;另一种情况下,受测者必须保持之前的预测结果不变。
   
    Baumgartner等人则采用了需要二人互动的信任实验来研究违背承诺这种欺骗行为的神经机制。受测者首先需作出承诺,然后期待对方的反应,最终决定是否遵守最初的承诺,所有的承诺和决策都由受测者自主决定,而实验中的所有决策将影响双方最终得到多少报酬。
   
    上述测试范式不同于早期测谎实验,受测者在测试过程中可以自主选择是否说谎以及何时说谎。并且,测试中加入了更加真实的社交互动情节,每一次决策都将影响双方的利益,因此,受测者在说谎时会有相对更高的情绪体验和动机水平。然而,由于受测者可以自由决定说谎行为的产生,就难以对其发生频率进行控制。未来的测谎范式需要寻求外部效度和控制力的平衡,以获得最佳的测试效果。目前,这类范式可以有效地帮助实验室探索说谎的心理和生理机制,但能否提取基本的测试模式并推广到实际应用中还需要进一步研究。
   
    测谎的理论模型传统测谎仪的测谎理论已较为成熟,戴维斯的“恐惧后果说”在测谎领域一直占据着统治地位。“恐惧后果说”认为受测者对于谎言被揭穿的担心、恐惧和紧张情绪激活了交感神经系统,进而导致生理反应发生变化。
   
    认知是情绪的基础,说谎不仅与情绪有关,更与个体的认知心理过程紧密相连。目前,在说谎的认知层面比较公认的是犯罪情景记忆过程。此外,进化心理学认为说谎的心理机制是心理理论(theoryofmind)和道义推理(deonticreasoning),即个体在说谎的过程中需要解读对方的所思所想,并理解各种社会规范或规则,才能合理、有效地说谎。与之类似,Sip等人强调了社会化因素对于研究说谎机制的必要性,指出说谎行为涉及信息管理、风险管理、名誉管理和印象管理四个认知加工过程,但未包含情绪和生理反应。Mohamed等人提出了较完善的说谎模型,从受测者接受测谎程序的角度描绘了整个流程中受测者的心理和生理反应,以及相应的神经基础,但该模型在认知层面上的分析略显单薄。
   
    随着脑成像科学逐渐在测谎领域中崭露头角,研究结果为相应的测谎理论的建立和完善提供了更多依据。本文通过总结目前测谎领域的理论和实证研究,对理论模型进行了改进,构建了基于社交情境的说谎行为的心理生理学模型。该模型将说谎涉及的多种心理生理过程分为认知、情绪和外周生理反应三大模块(见图1)。
   
    下面将结合各种测谎技术及相关研究对各部分进行深入探讨。
   
    说谎行为的心理生理学模型箭头指示各种心理生理过程的发生和作用方向情景记忆再现心理理论风险决策抑制真实反应执行说谎反应认知模块执行功能冲突和反应监测情绪反应与调节外周生理反应说谎的认知模块情景记忆再现说谎模型中的认知模块包含诸多高级的心理过程,它们在不同的神经科学实证研究中得到了支持。
   
    首先,人脑对感知过的外界信息都会存留一定的心理痕迹,尤其是对于能够造成强烈心理刺激的犯罪情景。当个体面临相关话题时,将唤起相关情景记忆的再现和提取,这些情景表征内容通常是该事件的真实情况。例如,以P300为指标的ERP测谎技术和GKT范式都是对说谎相关事件的记忆痕迹进行检测。fMRI测谎研究发现默认网络,尤其是扣带回后部和楔前叶的协同活动,可能反映了受测者对记忆信息进行提取与再现、同时将当前信息整合入已有心理框架的过程。
   
    风险决策认知模块中的第二阶段是风险决策。实际生活中的说谎行为往往伴随着强大的动机水平,说谎者需要通过多方面的利弊权衡进行决策,比如评估说谎给自身带来的利益,以及谎言被揭穿可能引起的后果等。大量研究表明,腹侧纹状体在奖励目标导向的行为决策中具有重要作用。Baumgartner等人的互动信任实验研究结果发现,在决策阶段,失信组相对于守信组在前扣带皮层、杏仁核、腹侧纹状体表现出更强的激活水平,这表明不诚实的行为伴随着较强的动机成分,需要评估风险进行决策,进而导致更强的情感唤醒。
   
    执行功能个体在作出说谎决定后将进入说谎实施阶段。由于对当前事件的真实反应往往是自发的优势反应,执行说谎行为的过程中需要不断抑制真实反应。这需要时刻对说谎和真实这两种冲突反应进行监测,以抑制真实反应并设计合理的谎言,提高可信度。
   
    抑制真实反应、冲突和反应监测、执行说谎反应这三个成分统归于执行功能的范畴,三者相互影响、交替发生。前额叶皮层是一个包含众多子区域的执行控制系统,该脑区的活动支持说谎过程中执行功能这一核心成分。结构成像研究[25]发现,病理型说谎者(这类人群习惯于无目的性地、毫无逻辑地说谎)的前额叶皮层内白质体积相对于正常人有显着的增加,揭示了该脑区与说谎行为的密切关系。Christ等人的元分析研究结果也证实了执行功能及其相应的神经基础---前额叶皮层在说谎过程中的重要地位。
   
    前额叶皮层延伸范围很广,其中最可能与说谎有关的子区域是腹外侧、背外侧及内侧前额叶。脑损伤实验证实腹外侧前额叶的损伤可导致行为抑制能力的丧失,而PET测谎研究揭示该脑区在假装知道和假装不知道两种不同的说谎类型下呈现持续的激活现象,fMRI研究也发现该脑区在说谎条件下显示更强的活动,且与说谎频率相关。背外侧前额叶与复杂行为的计划和执行相关,因此,这一脑区可能支持着执行说谎反应这一过程。
   
    经颅电刺激是一种通过低强度微量电流刺激大脑,从而引起局部脑区功能变化的技术,常用于揭示特定脑区与相关心理过程或行为的因果关系。研究发现,使用该技术改变背外侧前额叶活动,将有效影响欺骗反应的速度和效果。fMRI研究也支持背外侧前额叶执行说谎反应的功能。Ito等人使用情绪效价不同的刺激进行比较研究,发现背外侧前额叶在说谎过程中的活动十分稳定,几乎不受情绪因素的影响。为了有效抑制真实反应并参照真实信息编造合理的谎言,还需要时刻对真话和谎话这两种冲突的反应及当前状况进行监测,从而不断调整说谎行为。这种监测过程涉及多个脑区的活动,比如,内侧和背外侧前额叶都与冲突监测、反应选择及工作记忆有关,其中,前扣带回皮质对于冲突监测和调节的作用在大量测谎研究中都有较一致的结果。我们实验室的fMRI测谎研究借鉴Langleben等人的卡片测试实验,初步探讨了前扣带回皮质中不同子区域在说谎过程中的作用,发现该脑区前侧是执行说谎行为所必需的神经基础,而背侧的活动程度则与说谎行为的个体差异显着相关。
   
    心理理论最后,心理理论也是构成说谎理论不可缺少的一部分。为了达到成功说谎的目的,说谎者不仅需要具备一定的说谎水平,还需要关注对方的反应,揣摩对方的想法,不断调整自身言行。在心理理论研究中,内侧前额叶常显示出显着激活,尤其当处于竞争的社交情境中时,该脑区的活动相当强烈。Nunez等人对说谎相关的脑区与被试的心理变态人格特征测试得分进行了相关性研究,发现内侧前额叶在说谎时持续激活,且激活强度与人格测试中缺乏关心和计划性呈显着正相关。这一结果证实了内侧前额叶可能与心理理论能力相关,同时也表明该脑区对于反应计划的重要性。
   
    说谎的情绪模块正如“恐惧后果说”所指出的,个体在说谎过程中由于受某种动机的驱使,又担心谎言被识破,会产生紧张、焦虑、害怕等负性情绪。一般认为情绪加工的神经基础包含许多脑区,其中最关键的是杏仁核、岛叶、前扣带回皮质和前额叶区域。一些研究表明,杏仁核损伤主要影响恐惧等负性情绪的表达,同样参与恐惧情绪加工的是前扣带回皮质,而岛叶则与厌恶情绪相关,至于前额叶脑区,一般认为该区域在情绪调节过程中发挥重要作用。fMRI测谎研究一致发现,个体在说谎时,边缘系统,尤其是杏仁核与脑岛的活动显着加强。此外,为避免异常情绪的外露,说谎者需要对自身情绪和生理反应进行一定的调节和控制,以取得对方的信任。大量研究一致发现的前额叶脑区在说谎过程中活跃的现象,说明除了参与上文探讨的执行功能外,该区域可能也与紧张、害怕情绪的评价和调节过程密切相关。
   
    情绪和认知都是说谎行为产生的基础,二者存在着不可分割的联系,即个体的认知过程可以在一定程度上对当前的情绪状态进行调节,而情绪反应又可以进一步影响个体的认知表现。在神经科学领域,认知与情绪的关系也是近年来持续受到关注的热点问题。在Gross提出的五种情绪调节方式中,个体的认知过程对情绪加工的影响最直接地体现在注意资源分配和认知重评两种方式上。注意资源分配指的是将注意力转移到有利于情绪改善的当前事件的其它方面,或者直接将注意投向其它事件,而认知重评是指个体通过改变对当前事件本身或应对该事件的自身能力的看法,从而改变当前事件的情绪效价。这些认知策略有助于人们在日常生活中对自身的负性情绪进行良好的管理和调整,使情绪趋于稳定。
   
    然而在测谎工作中,假如这些策略被受测者巧妙利用而作为反测谎手段,就会削弱测试结果的可靠性,给测谎工作带来一定的困难。
   
    另一方面,情绪在方方面面影响着个体的认知过程。比如,情绪信息能够引起个体的注意偏向;对情绪性刺激的外显记忆和有意记忆总能得到加强;此外,情绪状态也会影响到个体的判断、推理和决策过程。
   
    脑成像研究发现前扣带回皮质在认知和情绪加工过程中显示共同的激活。同时,从解剖结构的角度来看,前扣带回皮质除了在前额叶皮层有大量的神经纤维束投射外,还与边缘系统有很强的双向结构连接。
   
    因此,前扣带回皮质很可能在个体说谎过程中作为联系前额叶与皮质下区域的中介脑区,将多维度信息加以整合,从而发挥认知与情绪加工过程的交互调节作用。说谎的外周生理反应自主神经系统与情绪有着密切的关系。人在情绪状态中,常常伴有明显的自主性反应。说谎行为实施过程中产生的紧张、害怕等不自然的情绪会激活自主神经系统,从而引起外周生理反应的变化,比如血压升高、心率增加、皮肤出汗等反应。虽然高级神经中枢对于自主神经系统这种低级中枢具有一定的调节功能,但往往无法对其实现完全的控制。因此,生理多导仪和近红外热像仪可以通过检测这种异常情绪引起的某些生理参数的微弱变化来判断受测者是否说谎。外周生理反应可以由情绪的变化而引起,相反的,个体接受外部刺激所产生的生理反应同样可以影响个体的情绪状态。Bechara等人提出的情绪环路模型将情绪加工的神经环路分为身体环路和似身体环路,在前一类情绪环路中,内脏和腺体等躯体状态的信号可以映射到岛叶、躯体感受皮层等脑区,由此产生个体的情绪感受。
   
    以上模型中的各成分都能在生理多导仪、脑成像等测谎研究中找到相应的体现,其中,外周生理反应、情景记忆再现、冲突检测等成分已被作为关键的测谎指标应用于实验室研究乃至实际案例中。这表明该模型具有一定的可行性,将有助于为测谎实验研究和测谎技术的完善提供一定的指导意义。值得注意的是,说谎行为是由多种心理和生理过程组合而成的复合体,仅仅使用模型中某个单一的成分作为指标来测谎,无法达到理想的鉴别率,因此,需要结合多种成分进行检测和评估,以提高测试的可靠性。
   
    而如何从脑成像数据中有效地识别和分离各种成分也是目前需要解决的难题。问题与展望几千年来,测谎手段经历了从依赖封建迷信、到观察言行举止、再到记录外周生理反应、直到如今检测中枢神经系统的发展历程。传统测谎仪的缺陷日益凸显,脑成像技术在测谎领域的应用前景越来越受到人们的关注。尽管目前脑成像研究结果定位了一系列说谎行为相关的脑区,其中,腹外侧前额叶、眶额皮层、杏仁核等脑区对于说谎行为的作用也已经得到脑损伤和病理研究的支持,但还有不少区域有待进一步证实。测谎技术的目标是在个体水平上正确地鉴别说谎行为的发生,但目前任何测谎手段都无法确保100%的个体鉴别率。另一方面,由于实验室研究采用的测试范式、刺激材料、被试群体等因素也存在差异,测试结果难以统一。当然,测谎技术的使用离不开测试问题范式的有效配合,未来的测谎范式需要在现有范式中取长补短,找到实验外部效度和控制程度的平衡点,以获得最佳的测试效果。此外,研究发现,目前的所有测谎手段都在不同程度上受到物理、心理两类反测谎手段的影响,有效的测谎可能需要寻求多种技术手段的结合,以区分反测谎操作引起的中枢神经及外周生理反应。最后,测谎实施过程中涉及众多人为因素,施测者在评定时往往会依据行为观察等检测结果以外的信息,使结果带有主观色彩。而受测者对测谎技术的相信程度也与测谎结果有着密切的关系。因此,最终的测谎技术必须建立一套标准化的评判细则,确保结果解释的客观与恒定。
   
    近一个世纪以来,科学的测谎技术取得了蓬勃的发展,而适合于当前脑成像测谎技术的理论体系还很不完善。我们基于相关研究,提出了社交情境下说谎行为的心理生理学模型,将有助于测谎学的发展和测谎技术的进一步推广应用。另外,对各种测谎指标的孤立研究制约了测谎领域的发展,未来的研究需要融合多种技术对多种成分进行检测和评估,以提高测试的可靠性。结合生理多导仪与fMRI技术的测谎研究已见诸报端,但目前尚未能达到理想的检测水平。ERP技术的加入或许能够在此基础上为我们提供时间尺度上更加可靠的信息。然而,不同技术依据的测谎指标不一,因此,为多模态测谎手段提供全面、有效的指标也是我们构建这一相对完善的心理生理学模型的主要目的。最后,目前的测谎研究多关注于揭示说谎模型中各成分对应的神经基础,未来的测谎研究可以在此基础上使用功能连接及有效连接的方法,探究支持说谎行为的脑功能网络及内部结点之间的作用关系,反过来验证或修善模型,找出其中的关键结点,采用经颅电刺激等手段改变该结点所在局部脑区的活动,从而对说谎行为进行有效控制。同时,这也将有助于实现对病理型说谎者的治疗。
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