P300测谎技术的影响因素分析

吴永喜，刘洪广

(中国人民公安大学，北京 100038)

心理测试技术即俗称的测谎，是指在控制条件下，让被试对一系列预先编好的问题进行反应，通过心理测试仪记录被试的生理指标，分析其心理信息，进而推断其与事(案)件的关系的一种技术*National Research Council. The polygraph and lie detection.Washington, DC: National Academies Press, 2003.。以皮电、呼吸及脉搏等外周神经生理变化为指标的多导生理仪(polygraph)测谎是目前研究最多的、应用最广泛的心理测试技术。由于多导生理仪存在原理基础不强、易受反测试影响、假阳性高诸多局限，受到众多学者的批判，因此人们一直在寻找新型的测谎技术*Bashore TR, Rapp PE. Are there alternatives to traditional polygraph procedure? .Psychological Bulletin, 1993, 113(1):3-22.。随着电子技术的飞速发展，以及对大脑生理学的深入研究，更有效的事件相关电位(event-related potential，ERP)测谎出现在世人面前。事件相关电位测谎是借助于从ERP中提取的与认知、记忆思维活动有关的认知电位，即对案件相关内容进行认知加工时，所记录的头皮表面脑电位，通过记录、对比被测人的脑电波来分析探查被测人与案件之间的关系。目前ERP测谎技术最常见的鉴别指标是P300波，因此也称之为P300测谎技术。根据“背景更新理论模型”，作为内源性成分的P300被认为和记忆的背景更新相关*Mertens R，Polish J. P300 from a single-stimulus paradigm：passive versus active tasks and stimulus modality.electroencephalogr Clinical Neurophysiology，1997，(104)：488-497.。

P300测谎的理论基础和操作方法上都有所提升，测谎正确率甚至达到了85-95%*浦晓黎.P300测谎的实验研究.硕士学位论文，杭州：浙江师范大学心理学系，2006.。但P300也受很多认知与“非认知”因素的影响，有研究报道P300测谎正确率只维持在随机猜测的水平*Rosenfeld J.P.,Soskins,M.,Bosh,G.and Ryan, A. Simple effective countermeasures to P300-based tests of detection of concealed information .Psychophysiology 41 (2004)，205-219.。鉴于此状况 ，本文将在现有的研究基础上，总结P300测谎影响因素，为今后的研究提供参考。

一、P300测谎原理

内源性成分的P300是ERP测谎中常用的鉴别指标，是由小概率的新异刺激引发出来的，其波幅由分配到的注意资源的多少决定，反映了工作记忆中背景更新(context updating)的程度*Donchin E，Fabiani M. The use of Event-related brain potentials in the study of memory: Is P300 a measure of event distinctiveness? Handbook of cognitive psychophysiology: Central and automatic nervous system approaches，1986: 471-510.。一般认为，P300主要与注意、情景记忆及工作记忆等心理因素相关。

Oddball 模式是诱发P300波的经典范式*Rosenfeld JP，Cantwell B，Nasman VT，et al.A modified event-related brain potential-based guilty knowledge test .International Journal of Neuroscience，1988，24: 157-161.。Oddball模式中呈现小概率的靶刺激与大概率的非靶刺激两种刺激。被试对靶刺激与非靶刺激进行不同的反应，而靶刺激会诱发更为正向的P300波。传统的犯罪心理测试中的犯罪情节测试技术(Guilty Knowledge Test ，GKT)是根据被试在案件相关问题与案件无关问题上的皮肤电、呼吸、心率和血压等生理变化的差异来判断其是否对存在案件特定情节的记忆，进而达到区分作案者与无辜者的目的*刘猜.犯罪心理测试.中国人民公安大学出版社，2011.4.1:111。在ERP测谎中把Oddball模式与GKT技术结合形成了P300-GKT范式。

P300-GKT范式常使用三刺激模式，在Oddball模式的基础上增加小概率的探测刺激。P300-GKT范式原理是：向被试呈现具有不同心理意义的刺激，有的刺激是被试亲身经历的、有深刻记忆的，有的刺激是被试没有见过的，由于被试对不同类型刺激的认知加工不同，这种差异会导致不同的脑电变化*刘洪广.案件相关信息的脑认知递进推进过程分析.中国人民公安大学学报，2010(3)：47-52.。然后通过比较探测刺激与无关刺激的波幅差异来判断被试对犯罪过程的知情情况*胡晓晴，傅跟跃.测谎的 ERP 研究进展与趋势.中国临床心理学杂志，2009，( 2) : 194 -196.。

在犯罪测试情境中，探测刺激是与案件相关的信息，对作案者具有特殊意义，记忆深刻。作案者接受此类刺激时，大脑会诱发出更显著的P300波；无关刺激是与案件无关的信息，对作案者与无辜者来说没有任何意义；靶刺激是用来保证被试在测试中注意力的无关刺激，检验测试有效性的一指标*Farwell LA，Donchin E. The truth will out:Interrogative polygraph( “lie detection ”) with event-related brain potentials.Psychophysiology，1991，28( 5) : 531-547.。测试中要求被试对探测刺激与无关刺激完成同样的任务，而对靶刺激执行与之相反的反应。探测刺激是具有特殊意义的案件相关信息，作案者进行再认时，与大脑中的犯罪记忆完成了匹配过程，与无关刺激相比，能诱发出的P300波更为正向；而无辜者记忆中没有此类信息，探测刺激也是一种无关刺激，不具有任何特殊意义，都难以诱发显著的P300波。由于靶刺激执行一个外显的特异反应，因此将出现典型的P300波。

二、P300测谎影响因素

(一)刺激范式

常用的Oddball范式可分为双刺激范式与三刺激范式。双刺激范式中刺激分为小概率的靶刺激与大概率的非靶刺激，通过比较两类刺激诱发的脑电波幅差异来判断被试与案件的关系。在双刺激范式的基础上添加一类小概率的探测刺激即成了三刺激范式，被试对探测刺激与无关刺激完成相同的任务而对靶刺激执行特异反应。被试对案件相关信息的知情情况是通过比较刺激与无关刺激的波幅差异来确定的。有研究认为三刺激范式有不同的案件任务反应，而按键过程会增加额外的工作负荷，影响了P300波的纯度。双刺激范式只包含种类型的刺激，只对探测刺激进行按键，不存在按键选择的任务要求，故有更高的实施效率，因此双刺激范式是更为有效的测谎范式*Rosenfeld，J.P.，Biroschak，J.R.，Furedy J.J.，R. P300-based detection Of concealed autobiographical versus incidentally acquired information in target and non-target Paradigms.International Journal Of psychophysiology，2006，60(3)：251-259.。但也存在注意力难以保持的问题，可通过随机附加的测试，如暂停回忆让被试保持注意力，但也可能使被试出现期待心理，影响了正常P300波幅。

(二)刺激概率

刺激呈现概率影响P300波幅，二者成反比关系：刺激呈现概率越小，P300的幅度越大，而且刺激出现的概率小于30%就能诱发出典型的P300。在应用的过程可以通过增加靶刺激，即靶刺激与探测刺激同概率呈现的方法来消除概率因素的影响。也有研究者使用GO/NOGO实验范式来测谎，以消除概率因素的影响。进一步研究发现，主观概率也影响其波幅。测谎过程中被试对某一刺激出现期待心理，从而分散注意力，影响到P300波幅。

(三)刺激内容的个人意义

被试的注意力、期待影响P300波幅，与个人相关的或对个人有重要意义的刺激内容，将会诱发出更大的P300波幅。刘岩利用图片对被试意义程度的不同做了研究，发现陌生人图片、明日图片和自我图片的P300波出现分离，且自我图片的波幅最大*刘岩.对不同熟悉性刺激欺骗反应的事件相关电位比较. 北京：中国人民公安大学，2007.。因此，在测谎实际应用过程中，尽可能将犯罪过程的关键项目作为刺激内容，以提高测试效果。

(四)刺激的强度

Polich研究了刺激的物理强度与P300的关系。结果表明：P300波幅随着刺激强度增大而增大；反之，P300 波幅降低。由于需要重复呈现刺激进行叠加才能得到满意的ERP波形，刺激的强度过大容易使被试产生疲劳感，影响测试结果准确性。刺激的心理强度也是影响P300波幅的重要因素。Miyake比较了被试自己名字与陌生人名字的P300脑电，发现自己名字的波幅明显大于陌生名字。因为自己的名字对被试来说所含有的心理信息更为丰富，情感意义更大，是更具影响力的刺激。因此在测试的过程中，不仅需要把刺激设置为中等强度，也应充分考虑刺激的心理强度，以提高测试准确性。

(五)学习效应

事件相关电位比自发脑电更弱，通常淹没在自发电位中，所以必须使用叠加技术来获得满意的ERP波形，因此在实验过程中将重复呈现刺激。无关刺激与探测刺激的重复出现对被试来说也是个学习过程，产生学习效应，无关刺激得到强化，提高了其记忆程度，增大了P300波幅，增大了与靶刺激的分辨难度。由于P300波受短时记忆的易化，周亮等用实验验证了知情者的短时记忆是否会导致假阳性的产生。在实验中以知情者作为对照组，结果发现模拟盗窃组相关照片的P300波幅、波面积显著大于知情者的，而知情者与无辜者之间不存在显著差异。由此得出结论认为知情者的记忆不会导致假阳性结果，P300波能应用于实际的测谎工作。并且随着脑电分析技术的发展，可采用单扫描ERP提取进行结果分析*Bartnik E. A.，et al. Single Evoked Potential Reconstruction by Means of Wavelet Transform. Biological Cybernetics，192,67:175.，将其应用于测谎可避免重复刺激而产生的影响，提高测试结果的准确性。

(六)反测谎措施

在应用的过程中，测谎技术面临着一个重要威胁就是反测试的实施，特别是针对P300测谎反测试进行了越来越多的研究。反测试是指被试意图击败测谎而使用的任何方法，常见的反测试措施主要有生理反测试、物理反测试和心理反测试三类。例如在P300测谎中被试频繁地眨眼、摇头或抠脚趾等，引起生理状态的变化；在测试之前服用镇静剂或兴奋剂等，影响神经系统反应；或被试通过控制自己的情绪、注意力进行联想等方式来改变测试图谱。反测试最后影响P300波形叠加平均效果进而降低测试结果的准确性。

反测谎基本策略是被试对无关刺激实施额外的特定任务，增加无关刺激任务难度并分散探测刺激的认知资源，因此增强无关刺激的P300波幅而降低探测刺激的P300波幅，最后显著降低P300测试结果的准确率。Rosenfeld研究了反测试对测谎的影响，实验中要求被试对无关刺激执行隐秘任务(例如轻扭脚拇指、食指轻压大腿以及想象别人扇了自己一个耳光等)来干扰实验，该研究表明使用该方式使得阳性率从82%降到18%，严重影响到测试结果的准确性。

(七)生理因素

生理因素包括药物、睡眠、疲劳、觉醒水平、精神状态及电生理干扰等。其中电生理干扰是实验中最常遇见的影响因素。在ERP实验中为不产生很大肌电干扰而影响了ERP的提取与叠加，要求被试身体不得随意活动，尽量放松以保持自然，也尽量不频繁眨眼。Christian J.ochoa和Polich研究了实验中是否要求被试控制眨眼对P300的影响。结果表明当没有做任何说明及要求时能诱发典型的P300波；相比之下，实验过程中明确要求被试抑制眨眼时，靶刺激与标准刺激波幅出现了明显的下降，并且潜伏期延长。实验中频繁眨眼与过分抑制眨眼都会对测试结果产生一定的影响，因此可以再实验过程中额外增加一定的眨眼间隔，减少被试在刺激呈现前后眨眼次数以降低其产生的电生理干扰对测试结果准确性的影响。

三、小结与展望

P300测谎以神经电生理变化作为鉴别指标，锁时性较强，判断测试结果先进而精确，提高了结果准确率与客观性，较多导生理仪技术而言具有巨大的优越性。但一些因素也制约了P300测谎的实际应用，不仅大脑的认知加工过程影响P300波，且诸多非认知因素，例如刺激的意义、刺激的物理与心理强度、刺激呈现概率、实验范式、任务难度、被试实验过程中的学习效应及采取的反测试措施等，也对P300波产生影响。在测试过程中，认知与非认知因素可能综合作用于P300波幅，因此P300测谎结果的准确性也将降低。

任何技术都存在产生与发展完善的过程，P300测谎技术作为是一项新型测试手段，具有其明显优势，已经走出了实验室，在社会相关部门的应用中已取得了一些实践经验。2000年Farwell凭借MERMER(memory and encoding related multifaceted electroencephalographic response，记忆编码相关脑电反应)测谎技术在西雅图开办大脑指纹实验室(Brain Fingerprinting Laboratories)公司，实现了将ERP测谎商业化目标。 P300作为一种有希望的测谎技术，未来将会有更为广阔的应用空间。ERP测谎继续走测试指标多元化的道路，将P300和CNV、MFN、MMN等特意成分结合起来适用，取长补短，或结合 fMRI、PET等神经影像技术对欺骗行为进行研究，以提高测谎准确率，奠定法庭科学证据基础。