警犬气味作业中应用脑电辅助判定技术探析

2015-01-04周士兵

中国工作犬业 2015年5期

周士兵

警犬气味作业中应用脑电辅助判定技术探析

周士兵

近年来，我国的警犬数量有很大增长，近一半是从事鉴别、追踪、搜毒、搜爆、物证搜索和搜血等科目的气味作业犬。这类警犬在作业中都涉及到对气味的识别，而这种识别多是以最终的认定或否定为重要结论，所以对于警犬气味识别结论进行认定的技术是一项关键技术。

在警犬气味作业训练和使用中，一般通用的做法是依靠人对犬嗅认到目标气味时产生的示警行为的观察，这种方法称为“行为观察法”，优点是直观，缺点是容易误判、指标含糊、依赖经验和容易遗漏等。根据目前生物电技术的发展，借助生物电测量技术及计算机技术，可以从生物电分析角度分析和判断犬的表现，以提高警犬气味识别的准确性，增加警犬气味识别和判定技术的科技含量。

犬配戴测试设备

一、研究内容

警犬气味作业时的脑电活动测定方法、警犬气味作业时产生示警反应的特征性生物电活动、以典型的示警状态的生物电特性判定犬示警准确率。

二、材料和方法

（一）设备和仪器

1.上海诺诚N ATIO N 7128W型视频蓝牙脑电图仪；

2.YUO I-890型电极贴（由PET膜、无纺布背衬、电极扣、导电压敏胶、银/氯化银扣、防粘膜组成）。

（二）实验动物

4头18月龄德国牧羊犬，均为公犬，犬都经过1年以上时间气味识别作业训练，具备基本服从科目，嗅觉行为学观察正常，神经系统、呼吸系统及心血管系统检查无异常。

（三）测试方法

1.脑电采集位置为：采用引导电极置于中央点Cz处（鼻根、枕骨粗隆连线与两侧外耳孔连线的相交点），C3和C4作为备用电极；A1和A2为参考电极分置于侧面颊部耳根处。

2.常态脑电图的采集。

3.脑诱发电位的采集监测和分析。

三、结果

（一）脑电图仪测定常态脑电活动测试

经3头犬在静止状态下分别做15次脑电测试，每次取4.0秒有效脑电波图谱，得到了每头犬常态的基准性脑电图变化特征。根据测量，参照人的脑电划分方法将犬的脑电划分为4个波段，即δ（1～6Hz）、θ（7～10Hz）、α（11～20Hz）、β（21～43Hz）。平均比人的脑电频率快些，本研究中测到德国牧羊犬的最快脑电波为43Hz（特征如图1）。

图1 犬安静状态脑电活动图

（二）使用典型示警生物电活动模型对示警行为有效性判断

在测试中，通过定标标记方法，配合视频同步记录其作业状态。以强度为初步判定指标；以波形放大分析为具体、细致的判定方法来测定和评估此方法辅助警犬气味判定有效性。

图2 警犬产生示警反应时典型波型

1.经对有明显示警动作反应的目标气味进行判定，脑电判断的准确率为93.3%（14/15）。具体是从4头德国牧羊犬的50次气味鉴别测定中，随机选取15次犬对于所求物有明显动作示警的情况进行相应的脑电分析，其中14次有明显的如下特征：（1）频率从β过渡为α波，即频率峰值从40Hz变至20Hz左右或更小；（2）在波形灵敏度120 uV/cm条件下，示警波强度较正常状态增大至3～5倍；（3）复杂度出现变化，曲线单边或双侧变平滑（特征如图2）。前述3个特征性变化，仅有1次试验样本出现复杂度变化不符合特征。说明当犬出现正确的认定反应时，脑电活动规律表现稳定。

2.经对警犬有明显示警动作反应的非目标气味进行脑电判定，准确率为90%（9/10）。具体是从4头德国牧羊犬的50次气味鉴别测定中，选取10次犬对于非所求物有明显动作示警的情况进行相应的脑电分析，其中9次均表现为至少2点特征不符合前述的认定条件，说明当犬不经仔细嗅认和分辨就扒罐示警时，细致分析其脑电活动，仅表现为波幅的增强，但频率基本无变化（特征如图3），可以据此较准确断定犬的示警未经气味分析，应为无效示警。

通过多例分析，可以得出结论：当犬出现因过于兴奋等原因乱示警时，可以通过分析脑电活动排除其无效的作业。此结论对于排除气味识别中的错误示警具有实用价值。

图3 波幅增大但频率无变化典型波型

3.经对无明显示警动作反应的目标气味进行脑电判定，准确率为70%（7/10）。从4头德国牧羊犬的气味鉴别测定中，选取10次犬对于所求物无明显动作示警的情况进行相应的脑电分析，发现在经过所求物时，虽然犬没有明显示警或仅有“重嗅”表现，但脑电分析显示其中7次有较明显的前述3个特征之中至少2个特征性变化，说明当犬未出现明确示警时，通过脑电分析可以在一定程度上判定其潜在的认定结论。此结论提示我们在使用脑电监测辅助气味鉴别分析时，应对警犬每一个嗅认鉴别物动作进行脑电细节分析。

除对脑电波型分析来判断其示警的准确性外，在研究中发现脑电的总能量等指标也有参考意义（见图4）。