浅谈认知负荷对事件相关电位的影响

刘安丽，高 峰

（1.重庆市公安局巴南区分局，重庆 401320；2.重庆市公安局刑侦总队，重庆 400700）

近几十年来，认知神经科学发展迅速，也为犯罪心理测试的发展注入新鲜活力。基于事件相关脑电位（ERP）技术发展起来的ERP测试技术以其科学性强、准确率高等特点，正逐渐受到人们的关注。［1］目前研究者普遍认为当个体在做出欺骗反应和诚实反应时，其反应时程和大脑皮层在激活程度上存在一定差异。行为数据和ERP数据上均存在不同程度的差异。［2］尽管事件相关电位技术在理论依据、实验室研究特别是模拟案件中得到迅速发展，但距离真正投入公安工作，发挥犯罪心理测试的作用还有一段时间，需要深入开展的研究也很多。了解反测试活动的影响对该技术进行测试时的情况具有一定的价值。

一、欺骗行为中的认知负荷

Ray Johnson及其同事认为欺骗行为可能需要额外的认知控制过程，这种额外的控制为认知过程带来一定的负担。如果个人试图成功实现欺骗，就需要长时间监控自己的反应模式，使自己的反应模式完全符合他们自己的初始计划或者目标，而在这个过程中额外的认知控制将是必不可少的。大脑本身的注意资源有限，而认知控制过程又需要注意过程的参与，占用了一定量的资源，所以进行欺骗行为被认为等同于在进行诚实反应任务的同时，又进行了分心任务。［3］Gawronski等认为欺骗反应和诚实反应的一个重要区别可能在于实施欺骗反应需要投入更多的心理资源，因为实施欺骗反应意味着被试需要选择一种和客观事实相冲突的反应，而且要执行该反应，便会导致大脑对刺激内容的加工时间延长。［4］

通过以上研究结果，可以发现研究者们认为欺骗行为本身在某种程度上占用了一定量的认知资源。在完成预定任务的过程中，由于个体试图隐瞒真实信息、主动提供虚假信息，并需要在一定时间内进行必要的监控，所以可能相当于在进行多项作业。这与诚实地完成某些任务相比需要克服更多的困难，花费了更多的认知资源，即产生了一定量的认知负荷。

二、心理反测试行为中的认知负荷

在进行欺骗的过程中，除了额外的认知控制过程需要大量脑资源外，当个体试图通过某些方式实现反测试时，也会占用大量脑资源。反测试方法历来被视为是犯罪心理测试的一个现实的威胁，它在某种程度上为测试获取最终正确的结论设置重重阻碍。有罪者试图通过减少他们欺骗行为被发现的可能性去影响测试结果。一些被测者没有进行犯罪活动或者相关的违法活动，或者没有故意去隐藏犯罪事实，但他们仍然可能会使用反测试方法，从而使自己出现假阳性结果的可能性最小化，这是无辜者避免风险的策略。［5］心理反测试方法主要是通过对注意、思维、记忆、情绪等的控制影响测试结果，在事件相关电位反测试方法的研究中，常用的心理反测试方法有默数数字，背诗，想象或其他联想等。默数图片呈现数量需要注意、记忆、思维等的参与，当要求个体同时完成主次两个任务时，注意资源就会被系统地分配到两个任务中，导致用于主要任务的心理资源减少［6］，其实在某种程度上类似一种增加脑负荷的作业，并且具有足够的隐蔽性和操作性，可以较好地模拟心理反测试方法。通过检验该种反测试方法对实验结果的影响，可以了解被试运用此类心理反测试是否能够成功影响测试结果，同时它也可以当作其他心理反测试方法研究的参考结果。

三、认知负荷对ERP成分的影响

目前认知负荷对事件相关电位的影响多是通过反测试的研究方法开展，相关研究较少。从有限的国内外相关研究中发现，研究者在认知负荷对事件相关电位的影响方面有着不同的结论。Sasaki等人采用了以P300为基础的心理信息测试，反测试手段主要采用分散注意力的计数任务，即要求实验组的被测者从7往前倒数。结果显示这种心理反测试手段所改变的认知负荷不会影响隐秘信息测试。李晓霞在2008年将计数作为反测试方法研究其对事件相关电位识别熟悉面孔的影响，研究结果认为ERP欺骗检测的效果不受“计数”这一心理反测试方法的影响，尽管被测人在测试中企图用计数的方法改变认知负荷，但并未对测试的结果产生影响。研究者认为该技术具有较高的抵御反测谎手段的能力。［7］

欺骗行为本身在某种程度上占用了一定量的认知资源。在完成预定任务的过程中，由于个体试图隐瞒真实信息、主动提供虚假信息，并需要在一定时间内进行必要的监控，所以可能相当于在进行多项作业。这与诚实的完成某些任务相比需要克服更多的困难，花费了更多的认知资源。其实在进行欺骗的过程中，除了额外的认知控制过程需要大量脑资源外，当个体试图通过某些方式实现反测试时，也会占用大量脑资源。相关执行控制研究也发现，较没有反应冲突的任务，被试在完成含有反应冲突的任务时的ERP晚期成分波幅减小。［8］

四、实验方法与操作

参与本实验的被试为19名在校学生。实验设计为2（反应类型：诚实、欺骗）×2（有无反测试方法：有、没有）×2（刺激类型：熟悉刺激、陌生刺激）的被试内设计。刺激材料为被试熟悉的物品图片和被试不熟悉的物品图片。熟悉的物品由被试本人提供，物品多与被试生活密切相关。整个刺激序列共分为4组（block），即无反测试条件的诚实反应组、无反测试条件的欺骗反应组、反测试条件的诚实反应组、反测试条件的欺骗反应组。每个刺激组包括被试熟悉的图片15张、被试陌生的图片15张，共30张。每张图片上带有“是否”“否是”的字样，整体重复一遍，共60张。在呈现每一张图片前先出现注视点“+”（中性刺激），提醒被试准备对接下来出现的图片进行反应。将注视点“+”分别与每张物品图片进行绑定，完成对该组实验中的图片的随机化处理。呈现刺激方面使用的是GO或NOGO范式，使得熟悉图片与陌生图片出现的概率相同，不会因呈现图片的数量不同造成新异的刺激，从而避免在ERP数据中混入被试对新异刺激的反应。在刺激编排和呈现方面使用的是Neuroscan公司的STIM2软件。当屏幕上刺激序列开始运行时，首先出现一个注视点“+”，注视点的呈现时间为600ms。之后出现的是被试熟悉或者陌生的图片。图片呈现时间（Duration）为2 500ms，反应时窗（Window）为2 900ms，刺激间隔（ITI）为3 000ms。在反测试组还有7张数字问题的图片（见图1），被试按照自己默数的图片数量选择正确的数字区间。在对刺激反应的过程中被试需要尽量快速准确的按键判断。

图1 注视点、带“是否”“否是”字样的图片及数字问题图片

五、实验发现

在0～300ms内，诚实反应和欺骗反应间的脑电波形趋于一致，较为重合，在300ms～750ms时间段中两类波形开始出现分离，对该时间段内的平均波幅进行方差分析结果发现反应类型主效应显著。无论是实施反测试条件还是未实施反测试条件，对图片诚实反应的波幅都小于对图片欺骗反应的波幅。换言之，欺骗反应诱发的ERP波形更加正向，而诚实反应诱发的ERP波形则更加负向。在诚实反应时，被试只需按照图片本身的性质进行按键选择，任务较为简单。但是在欺骗反应中，被试需要投入更多的心理资源，引发更多的认知负荷，在选择时更加集中注意并且积极抵制正确反应倾向并执行欺骗反应。部分研究者曾经报告观察到更为持久的对冲突敏感的慢电位（conflict SP），它是持久的顶叶正波和背外侧额叶负波，开始于刺激呈现后大约500ms。通常认为对冲突敏感的慢电位反映了受意志控制的过程，可能由解决冲突或是增加的注意控制执行引起的。本实验中Cz、FC5及FC6三处电极在某些条件下存在波幅在500ms左右开始更加负向的趋势，可能是因为被试投入了较多的心理资源以克服由诚实信息带来的欺骗冲突。

实施反测试行为对相应获得的脑电波形、波幅等存在一定影响。在刺激最初呈现后的0～270ms时间段中，实施反测试的脑电波形和未实施反测试的脑电波形趋于一致。之后的270ms～550ms时间段中，实施反测试所诱发的脑电波形与未实施反测试所诱发的脑电波形出现了一定程度的分离，在C6、FC6等电极点这种分离延续到700ms或者700ms之后。在此时间段中实施反测试所诱发的脑电波幅大于未实施反测试的脑电波幅，前者表现得更加正向一些。另外，从这两种反应条件所诱发的波形中得到各自的脑电地形图，比较两者的脑电地形图可以发现其中存在一定的差异，在对图片反应过程中实施反测试诱发了更多更为正向的脑电活动。Kahneman认为，人的认知资源或能量是有限、可分的资源，信息加工活动需要使用这些资源。如果刺激比较复杂，则需要的资源就较多。如果同时呈现其他刺激，资源可能会很快耗尽。当认知活动比较复杂或同时从事多项活动时，某些活动的绩效可能因资源竞争导致资源短缺而出现下降。这可能解释了在进行反测试时，被试的反应时延长正确率下降的现象。但被试实施增加认知负荷的反测试活动——默数图片呈现数量，并不会影响事件相关电位对欺骗反应和诚实反应的识别。欺骗反应和诚实反应诱发的脑电波幅仍然存在差异。

在应对心理反测试方面，重视呈现刺激类型的选择与安排。Cutmore等认为，在ERP研究中使用图片作为刺激可能比仅使用词语作为刺激更有效，但图片刺激在实际案件中难以获得。而由于言语的复杂性，在使用语言作为刺激对象则需要合理的刺激编排。［9］随着认知科学研究的不断发展，可以通过将眼动技术与鼠标追踪和ERP技术相结合，不断提高谎言识别率。ERP数据的后期离线处理也是ERP测试中至关重要的一步，可以在一定程度上提高对反测试的检测能力。其原理是通过改善信噪比而提高ERP的清晰度，或通过采用低通滤波方法消除高频干扰。如赵敏等利用Fisher判别式进行心理意识真实性识别分类，其平均识别率达93.3%，显著高于以往研究。［10］