眼动追踪仪在测谎中的应用

葛汾汾，杨晓青，陈宇星，黄浩澜，谌霞灿，李焱，胡峻梅

（1.四川大学华西基础医学与法医学院，四川 成都 610000；2.四川大学华西临床医学院，四川 成都610000；3.电子科技大学生命科学与技术学院，四川 成都 610000）

司法鉴定中必须要面对的问题之一是确定被鉴定人是否说谎。各种“测谎”技术并非是检验谎言本身，而是检验被测人隐瞒信息时生理或行为指标的变化。已有研究[1]结果表明，人类在说谎时会产生一系列的生理反应，如呼吸、脉搏频率的改变，瞳孔增大，眨眼次数增多，声音颤抖或说话结巴等。隐藏信息测试（Concealed Information Test，CIT）是通过编制多组多选项的情节问题，每组问题包含一个犯罪相关情节（靶刺激）和多个无关情节（非靶刺激），以检验被测人是否拥有某些相关事件记忆（信息）的测试技术，从而识别被测人是否说谎[2]。对于诚实的被试，靶刺激与非靶刺激引起的反应无显著差异，而说谎的被试会对靶刺激产生显著反应。因此，如果被试对靶刺激的反应始终高于非靶刺激，那就可以考虑该被试在说谎。

人80%的信息通过视觉获取，眼动的时空特征是视觉信息在获取过程中生理和行为的表现，与人的心理活动有着直接或间接的关系[3]。瞳孔直径、注视时间、注视点和眨眼次数均与认知和情绪有一定的关系。“说谎”是一种需要抑制真实信息的复杂心理过程，与认知和情绪均有一定的联系。ELAAD[4]研究发现，被试在说谎时瞳孔直径增大。钟少玲等[5]的综述中提到，被试在说谎时对于关键信息的注视时间延长并且注视点减少。因此，为探究眼球运动参数（简称“眼动参数”）能否应用于司法鉴定，本研究对40名健康被试进行初步检验，并假设被试在说谎时，观察其靶刺激与非靶刺激时平均瞳孔直径、注视时间、注视点和眨眼次数等参数的差异，为眼动追踪仪在司法鉴定中的应用提供证据支持。

1 对象与方法

1.1 被试和分组

在四川大学招募40名被试，所有被试的视力（或矫正视力）无异常。其中男生16名，女生24名；年龄19～25岁，平均年龄（21.25±1.40）岁。所有被试均签署知情同意书。

将40名被试随机分为实验组和对照组，每组20名。实验组在户外完成模拟犯罪（盗窃）后进行眼动参数数据的采集，对照组直接采集眼动参数数据。

1.2 材料与仪器

靶刺激图片：用相机拍摄实验组在盗窃过程中实际接触的物品、看到的人物和场景，包括受害者面部图片、受害者所穿衣服、盗窃的场景、盗窃的物品、盗窃物品放置的位置。

非靶刺激图片：针对每个靶刺激图片，匹配4个与之相同类型但与模拟犯罪无关的图片（确保被试之前未见过）。

上述所有图片经过统一处理，亮度和对比度一致，背景颜色为灰色，并且人物面部表情均为中性。

采用Eyelink2000型眼动仪（加拿大SR Research公司）对被试进行眼动测量、跟踪、数据记录和采集，实验刺激程序采用MATLAB R2013b软件和心理学工具软件包Psychtoolbox（PTB）进行编写。

1.3 实验过程及CIT设计

整个实验分为两个阶段。

阶段1：所有被试到达实验室1，每人均收到一个信封，信封内有相应的指导语。实验组按照指导语到达户外“犯罪现场”，被试需要找到坐在长椅上正在听音乐的“受害者”，在“受害者”旁边有一部手机放在书上，被试的任务是在不被周围人发现的前提下将手机拿走并放入随身携带的背包内，然后迅速返回到实验室2。对照组则按照指导语直接到达实验室2。

阶段2：为了获得眼睛位置的准确记录，在开始前要对眼动仪进行校准。在校准过程中，被试的视线需要随着屏幕上出现的“+”的移动而移动，一般会有9个“+”。键盘上的“Y”和“N”分别代表肯定yes和否定no，被试需对出现的每个图片做出相应的按键反应。

实验中的CIT包括5个题目（表1），题干在屏幕上呈现5s后，自动切换到供选图片。5张供选图片中包括1个与犯罪情节相关的图片（靶刺激）和4个与犯罪情节无关的图片（非靶刺激）。5张供选图片逐一呈现在电脑屏幕上。实验组要说谎，即隐瞒自己盗窃的事实，需对靶刺激和非靶刺激图片均做出否定回答；对照组则诚实作答。

表1 CIT题目Tab.1 Questions of CIT

1.4 数据采集

Eyelink2000型眼动仪采用角膜反射的原理记录眼动轨迹，被试无需佩戴任何实验装置，只需将头放在头托上，注视57 cm处的CRT显示器（美国戴尔公司）。数据采样频率为1 000 Hz，显示器的分辨率为1 024 px×768 px。本实验中，眼动仪只对被试的左眼进行数据采集和分析。采集落在感兴趣区域内的瞳孔直径（mm）、注视时间（ms）、眨眼次数和注视点的数据。数据通过眼动仪自带软件（DataView）导出。

1.5 统计方法

采用SPSS 21.0软件进行统计分析。采用t检验分析实验组和对照组被试在观察靶刺激和非靶刺激时的平均瞳孔直径、平均注视时间、注视点、眨眼次数的差异，用Pearson相关系数分析存在差异的眼动参数之间的相关性，用受试者操作特征（receiver operator characteristic，ROC）曲线估计眼动参数甄别实验组与对照组的有效性。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 观察靶刺激和非靶刺激时的眼动参数比较

实验组观察靶刺激与非靶刺激时相比，平均瞳孔直径缩小（P＜0.05），平均注视时间延长（P＜0.05），注视点减少（P＜0.05），而眨眼次数的差异无统计学意义（P＞0.05）；对照组观察靶刺激和非靶刺激时的平均瞳孔直径、平均注视时间、注视点和眨眼次数之间的差异均无统计学意义（P＞0.05）。详见表2。

表2 实验组和对照组观察靶刺激和非靶刺激时的眼动参数比较Tab.2 Comparison of eye movement parameters between the experimental group and the control group in observing target stimulation and non-target stimulation （±s）

表2 实验组和对照组观察靶刺激和非靶刺激时的眼动参数比较Tab.2 Comparison of eye movement parameters between the experimental group and the control group in observing target stimulation and non-target stimulation （±s）

注：1）与观察靶刺激时相比，P＜0.05。

参数平均瞳孔直径/mm平均注视时间/ms注视点眨眼次数实验组（n=20）靶刺激1905.02±478.98 524.78±370.04 3.93±3.02 0.63±0.74非靶刺激2022.06±483.061）389.30±307.311）6.52±5.601）0.74±0.92对照组（n=20）靶刺激1777.78±634.84 387.20±144.44 6.79±3.19 0.86±1.55非靶刺激1854.44±653.92 429.34±216.34 6.39±3.48 0.93±1.52

2.2 眼动参数的相关性分析

计算实验组各眼动参数（眨眼次数除外）之间的相关性，结果显示：平均注视时间与注视点呈负相关（r=-0.255，P＜0.05），即当平均注视时间延长时，注视点减少；平均注视时间与平均瞳孔直径之间呈负相关（r=-0.218，P＜0.05），即当平均注视时间减少时，瞳孔平均直径缩小；注视点与平均瞳孔直径之间呈正相关（r=0.09，P＜0.05），即当注视点增多时，平均瞳孔直径增大。

2.3 眼动参数的有效性分析

采用ROC曲线分析平均瞳孔直径、平均注视时间、注视点在区分实验组和对照组时的有效性。平均注视时间、平均瞳孔直径和注视点的曲线下面积分别为0.603、0.621和0.580。

3 讨 论

眼动追踪仪采集的是行为学数据，是从记忆效应入手，通过检测被试对某些关键信息的“隐藏”间接推测被试的欺骗行为。BLES等[6]在2008年提及了这一思路，他认为撒谎的复杂多样性使得很难寻找到标志撒谎的单一指标，而直接检测被试头脑中隐藏的某些关键信息有望成为一种更为有效的推测真相的手段。眼动追踪仪-隐藏信息测试是以认知加工尤其是记忆为基础，检测个体对于犯罪相关信息的记忆和再认[7]，说谎话与说真话相比，需要更多的认知负荷，而认知负荷的增加会引起平均瞳孔直径、注视时间、注视点和眨眼次数等发生变化[8]。

本研究发现，实验组观察靶刺激与非靶刺激时相比，注视时间延长，注视点减少，这与SCHWEDES等[7]的结果一致，即被试在说谎时，注视时间延长，注视点减少。注视时间是指连续的注视点在某个区域上形成的平均空间位置停留时间的累计。RAYNER[9]指出，注视时间的长短与信息加工的难易程度（即认知负荷）有关。因此推测，当被试观察熟悉的靶刺激并要求做出否定回答时，需要将刺激的表面特征与内部信息进行匹配，然后抑制，其相应的认知负荷增加，导致注视时间延长。注视点又称注视次数，与视线捕捉的元素数目有关，反映了记忆的提取。当人们看到一个不熟悉的图片时，为了作出准确的判断，需要采集图片上更多位置的信息[10]。相反，在看到熟悉的图片时，仅需采集较少的位置信息就可以与记忆中的信息进行匹配[11]。因此，被试在对关键信息做出否定回答时，注视点减少[12]。此外，在现实生活中，当人们准备要去否定已经知道的事情时，倾向于忽视或者对其投入很少的注意[13]，因此，当实验组被试说谎时，在注视点减少的情况下，每个注视点所用的时间也相应略有延长。

本研究中，实验组观察靶刺激与非靶刺激时相比，平均瞳孔直径缩小。虽然有研究发现，瞳孔的增大与欺骗、情绪高度唤起及认知任务的难易程度有关[14]。亦有研究[15-16]发现，当认知负荷在一定范围内增加时，瞳孔的平均直径随之增大，但当认知负荷达到了他们最大承受能力范围的125%时，瞳孔的平均直径开始缩小。因此，本研究中的被试可能是因为需要连续对靶刺激做出否认回答（说谎），对应答信息进行深度的认知加工使得认知负荷超过了一定范围，从而导致了瞳孔直径的缩小。

本研究中，实验组观察靶刺激与非靶刺激时相比，眨眼次数差异无统计学意义。已有研究表明，说谎的初期眨眼频率会受到抑制[12]，之后会有一个代偿性的增加[17]，即眨眼次数和认知负荷有关。当被试说谎时其眨眼频率会受到抑制，因为说谎与诚实作答相比，认知负荷是增加的[18]。同时还有研究显示，眨眼次数的抑制和时间有一定的联系，PETH等[12]在研究中将每张图片的呈现时间人为地划分为0～5s、5～10s和10～15s 3个阶段，结果发现眨眼次数在0～5s稍有减少，在5～10s减少最为显著，而在10～15s则没有差异。据此推测，本研究中被试在识别靶刺激和非靶刺激时眨眼次数没有显著性差异的原因，可能系本实验中并没有规定每幅图片的呈现时间，而是由被试的按键反应所决定，这也许导致了眨眼次数的抑制在没有达到最显著差异的时间段时，被试就将图片切换到了下一张，而在观察下一张图片的初期，眨眼次数的抑制恰恰达到了抑制的最高峰，所以没有发现眨眼次数之间存在差异。

本研究初步探讨了眼动仪相关参数的测谎效力，发现实验组观察靶刺激与非靶刺激时相比，平均瞳孔直径缩小，注视时间延长，注视点减少，眨眼次数在两者间差异无统计学意义；对照组在观察靶刺激和非靶刺激时上述指标的差异均无统计学意义。有效性分析结果显示，平均注视时间、平均瞳孔直径和注视点的曲线下面积在0.5～0.7，达到有效意义，但是有效性较低。PETH等[12]研究结果显示，注视点、平均注视时间的曲线下面积分别为0.67和0.63，本研究结果与其类似。

虽然眼动参数在识别谎言的研究中有效性较低，但眼动参数不失为法医学鉴定中甄别谎言的方法之一。本研究每组仅选取了20名被试，样本量有限，且均为19～25岁的大学生，年龄段较为集中，要将眼动参数应用于鉴定实践，还有待进一步研究。