事件相关电位测谎技术原理探析

卜令章?刘洪广

摘 要 目前国内对于事件相关电位测谎技术的研究主要侧重于方法设计和应用探索方面，而从原理上来看，事件相关电位测谎技术主要涉及记忆的再认和欺骗反应两个认知加工过程。本研究对记忆的再认和欺骗反应这两个过程进行了分析，并总结论述了个体在这两个认知加工过程中所产生的相关脑电效应及成分（Dm效应，P300等）和相关研究，深层次阐释了事件相关电位测谎技术的原理，为进一步提高事件相关电位测谎技术的效率提供了理论支持。

关键词 事件相关电位；测谎；记忆再认；欺骗反应

分类号 D917.2

事件相关电位（ERP）这一概念是1969年由Herb在“诱发电位”的基础上提出，它是指外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，再给予或撤销刺激时，或当某种心理因素出现时，在脑区所产生的电位变化。

20 世纪80 年代，Rosenfeld，Nasman和whalen（1987）率先对利用ERP进行测谎的范式进行了研究，开启了利用ERP技术测谎的先河。之后Donchin和Farwell（1991）也都发表了他们利用ERP 技术来鉴别与犯罪信息相关的特定脑电成分的研究成果，进一步证明了ERP技术用于测谎的可行性。

ERP技术在测谎中的应用通常是给被测人呈现一些与案件相关的刺激（比如与案件有关的文字、声音、图片等），让被测人识别是否“认识”这些刺激，并做“是”或“否”的反应，并同步记录被测人的脑电数据。若被测人“认识”这些刺激（选择“是”）或者做出隐瞒其“认识”的反应（选择“否”），则就会产生与案件无关的刺激所产生的不同的事件相关电位，通过分析这些特异性脑电位来辨别被测人是否与案件有关。可以看出，利用ERP技术进行测谎的原理主要是基于对记忆的再认和欺骗反应这两个认知过程中所产生的脑电特征的分析比对。

1 记忆的再认

关于人脑中的知识如何作用于当前的认知活动，Neisser在1967年提出的“知觉循环圈”理论对此进行了阐释。在他的知觉循环理论中，核心的概念是“图式”。图式指人脑中对事件，情景或实物的已经组织好了的知识单位。人在进行知觉活动时要从环境中进行信息取样并分析，这种对信息的搜索受到内部期望的指导。在搜索信息过程中如果得不到合于原先期望的信息，则期望得到修正，修正的期望再次指导进一步搜索，并又得到附加的信息......如此下去直到知觉得以实现。并且，Neisser认为被激活的图式是产生期望的基础。

这个理论说明了人的原有认知是如何在当前的认知活动中发挥作用的。而人脑中的图式被激活或者当搜索到的信息合于图式所产生的期望，大脑的某些特定区域就会被激活，产生相应的脑电位。同样的原理，记忆的再认过程中人脑已经存在的记忆就是各种“图式”的合集，当人再次看到记忆过的内容则会激活大脑中先前存在的“图式合集”，从而也会产生相应的脑电位，这种脑电位就可以称作事件相关电位。如果这种脑电位成分能被正确识别分离出来，则可以根据这些电位成分来辨别人脑中是否含有对某个特定内容的记忆。在测谎过程中如果被测人参与了作案，则其大脑内存有对于案件相关信息的记忆，根据上述原理可以起分析他是否含有特定脑电成分特征来识别他是否了解案件信息，从而识别他是否与案件有关。ERP在记忆研究领域是使用非常普遍的一项技术，以往有关记忆的研究也对ERP技术应用于测谎提供了理论支持。

1.1 与记忆有关的ERP效应

1.1.1 记忆差效应

利用学习—再认范式，在学习编码阶段，将正确记忆和未正确记忆的刺激物诱发的ERP分布叠加平均，能够正确记忆的ERP相对于未正确记忆ERP产生更大的正慢电位，这种电位差异被称为相继记忆效应。Paller等将这种效应称为记忆差（difference due to memory），简称Dm效应。在ERP测谎研究过程中，可以通过分析被测者在案件相关刺激项目上是否出现Dm效应来辨别被测者是否有对案件信息的正确记忆。

1.1.2 新旧效应

在学习—再认实验范式中，给被试呈现一组项目（一半是先前学习过的旧项目，另一半是未学习过的新项目），要求被试对学习过的项目进行按键。结果显示，正确识别的旧词相对于正确判断的新词产生更大的晚期正成分，即新旧效应。该效应一般出现于刺激后300～500ms，持续300～600ms。新旧效应在再认记忆、内隐记忆和外显记忆、错误记忆的相关研究中具有重要意义，在事件相关电位测谎的操作中分析刺激项目的新旧效应，可以辨别被测者是否认识相关刺激，从而筛选出案件相关信息的知情者。

1.1.3 FN400效应

FN400效应也是新旧效应的一种，主要指额区新旧效应。Curran（1999）使用“真词”和“伪词”作为实验材料，进行再认测验和词汇判断测验。结果发现，“真词”比“伪词” 400～700ms的顶区ERP 新旧效应更大，而300～500ms的额区新旧效应则相似。他首次将此类300～500ms的额区新旧效应称为FN400 效应。后来，Curran通过实验证明了FN400效应指示熟悉性的观点。在事件相关电位测谎中可以根据被测人对案件相关信息与在陌生的同类信息在FN400成分上的差异来判断被测对这两种信息的熟悉性，从而识别被测人是否对案件信息更熟悉以确定其与案件的相关性。

1.2 再认记忆

再认记忆研究的是对刺激事件是否在先前经验中出现过的判断力。有关再认记忆的研究，受到广泛支持的是再认记忆双加工模型。双加工模型理论指出再认记忆有两个可分离的记忆过程：回想记忆过程和熟悉性记忆过程。 研究发现熟悉性记忆与额中部的300～500ms时间段内负走向的事件相关电位有关，通常称为额区新旧效应，也称FN400新旧效应；回想记忆与顶区的500～800ms时间段内正走向的事件相关电位关，通常称为顶区新旧效应。

乔艳阳和张庆林（2014）研究了情绪对熟悉性再认的影响，他们在被试记忆中性词语后分别呈现正、中、负三类不同效价的情绪图片，并在间隔一天后对词语进行再认测试，同时记录其脑电活动。 ERP结果显示额叶前部发现明显的新旧效应，且正负情绪条件比中性条件诱发出更大的FN400新旧效应，但正负条件间无差异，与行为结果一致。有关面孔再认的研究也发现，与陌生面孔相比，熟悉面孔也会引起明显的N250r。孟迎芳（2014）在内隐面孔记忆的编码机制研究中报告：在顶区相继记住与忘记只在500～600ms存在着差异，表现为相继记住诱发的ERP 要比相继忘记更为正走向；在200～300ms的左前额区以及400～500ms的右额区，记住诱发的ERP 要比忘记更为负走向 。孙天义和郭春彦（2013）在研究面孔识别工作记忆的脑电位特征时发现 ，两种分心物都诱发P300 成分并在脑区后部的振幅最大，熟悉分心物比新分心物更为正走向。

根据以上研究的分析可以看出当记忆过的内容被再次识别时会产生各种特征的事件相关电位成分，而这些这些成分就是我们用来检测被测人脑中是否拥有案件相关记忆的关键。也有研究者将这些特征称为“编码与记忆相关的犯罪行为多参数脑电”，它具体是指当人的大脑当辨认出重要信息时，如嫌疑人所看见或听见的刺激与存储在他大脑中的犯罪细节相吻合时，就会产生与案件相关的无法伪装和隐藏的脑电位的波幅、波的正负极性、潜伏期等参数变化。只有嫌疑人参与到这个案件当中，他才知道这些关于犯罪案件过程的特定细节，如果被测人没有出现相应的脑电位变化，则可以证明他是清白的。

脑电位检测的优势就是脑电位所检测的信息存储于大脑，无论被试说假话或真话，所检测的结果都是一样的。而为了诱发更加明显的事件相关电位特征，从而更准确高效的识别犯罪嫌疑人，提高检出率，在测试过程中通常是让被测者对呈现的刺激做是否知道的反应，从而将欺骗引入到被测者的决策过程中，以求得到更加显著的事件相关电位特征。

2 欺骗反应

Abe（2009）将欺骗定义为一种心理过程，通过这一心理过程，个体在明知道某一事件或信念是错误或虚假的情况下，有意试图说服他人相信这一事件或信念，以获得某些好处或避免损失。Vrij（2000）认为欺骗是在没有预先警告的情况下，某种成功或不成功的、给他人制造某种自己明知是虚假的信念的有意意图。无论哪个定义都可以看出欺骗是一个有意识的心理加工过程。目前认知神经科学比较一致的结果是说谎涉及抑制诚实反应和执行欺骗反应，即面临反应冲突，因而涉及很多与抑制冲突相关的脑区，如PFC 和Aα等。

在个体做出欺骗反应之前头脑中会出现两种相互冲突的反应倾向：诚实反应倾向和欺骗反应倾向。相对诚实反应而言，实施欺骗反应需一个额外的加工过程——欺骗反应的执行加工过程，其作用在于控制和协调两种反应倾向之间的冲突，在二者之间进行权衡、选择，然后执行欺骗反应以使行为符合初始的计划和目标。铁海霞，刘洪广和孙志刚（2012）在研究不同提示条件下欺骗反应的案件相关脑电位时发现，与诚实反应相比，对两类刺激实施欺骗反应的反应时更长，正确率更低，通过对结果的分析验证了个体在做出欺骗反应之前大脑中会出现两种反应冲突的倾向的理论。而在解决反应冲突的过程中，中枢神经系统和自主神经系统会发生相应的特异性变化，而这些变化就是各种测谎技术所要检测的内容。事件相关电位测谎就是通脑电采集仪器收集、分析被测人脑电位变化的特异性，从而辨别被测人是否进行了欺骗。

2.1 与欺骗反应相关的脑电位成分

2.1.1 P300

P300与受试者对刺激信号的信息意义进行信息加工等过程有关，反映了大脑的高级思维活动，是了解人类大脑认知功能或心理活动的客观指标。1987年，Rosenfeld等首次运用事件相关电位，在对模拟盗窃物品进行检查过程中诱发了正向的p300，获得了测谎实验成功。之后，Rosenfeld（1999）采用自传式实验范式，以被试的电话号码和其他的无关号码作为刺激，发现被试的电话号码诱发显著的 P300。Johnson和Rosenfeld（1992）向被试依次呈现8个反社会行为词语，被试根据自己是否有过相关的反社会行为进行按键反应，同时，要求被试尽量不要让ERP检测到其曾有任何反社会行为。实验完后，对被试做一简单调查，要求他们如实反映过去是否有相关的反社会行为。对测试结果和调查结果比较发现：“欺骗组”和“诚实组”的P300差异显著。这些实验初步说明了在测谎中P300的特异性可以用来区分诚实反应和欺骗反应。P300脑电反应被广泛地研究了三十多年，已经获得了神经科学和心理生理学界的普遍认可，使得通过P300测试获得的结果更为准确。张磊（2008）将与案件有关的情况（作案现场、犯罪工具、被害人等）拍成照片，作为“靶刺激”，再选择一些与案情无关的照片作为“陪衬刺激”，通过视觉刺激呈现给被测者，同步记录其事件相关电位。如果被测者参与作案，不管其是否承认曾经历和体验过该事件，靶刺激都会诱发出明显的P300 成分，且欺骗组比诚实组的P300波幅更大，而陪衬刺激却没有这样的情况出现。孙志刚（2008）通过比较分析在对不同学习记忆水平的物品图片刺激进行再认时，进行诚实反应和欺骗反应的心理过程以及相应的脑电生理变化等方面的差异，结果显示，欺骗反应比诚实反应诱发的P300更大。牟诹静（2010）通过将经历与未经历的不同认知属性的记忆内容以短句的形式呈现，进行欺骗的案件相关脑电位研究，并结合一例民事经济纠纷案件实案研究，发现了左侧顶区的P300反应能区分欺骗反应和诚实反应，诚实反应比欺骗反应诱发更大的波幅。

2.1.2 N400

1980 年美国学者Kutas和Sillvanl在一项利用事件相关电位作为实验于段的语句阅读任务中，发现由语义不匹配的结尾词引出了一个负性电位，因其潜替伏期在400 左右，遂称之为N400。

N400能应用于测谎，其关键点在于它与被试者所阅读句子的真实与否有关。Fischler（1983）等发现N400是由一个错误陈述句而不是真实陈述句所诱发的，他们随后又证实，N400可以由被试者在实验室里学习的特定信息的错误句子所诱发。而且在另外的研究中，Fischler等（1985）发现诱发N400的效果则与语义关系和句子的真实程度有关。Hillary（2004）等采用N400进行模拟犯罪测谎的实验也证实了较好的测谎准确率。Boaz（1991）等认为N400能用于测谎研究的主要原理是，呈现同样错误的句子或词语（包含该项犯罪知识）对“有罪”被试来说，是错误的，而无辜被试由于没有该项犯罪知识，不能识别其中的错误，只当成正常的句子来理解。因此这类研究更类似于P300的研究，实际是对犯罪知识的探测，被试做诚实或欺骗反应对结果没有影响。Martin，Conway，Christopher和Pleydell-Pearceb（2003）对亲身经历和想象的情景进行的比较，研究表明，想象的情景比起亲身经历来说，引出更负向的N400。总之，目前基本的共识是欺骗比诚实的N400更为负向。欺骗与诚实之间在潜伏期、头皮电位分布上没有检测出显著差异。

2.1.3 MFN

内侧额叶负波（medial frontal negativities，MFN）反映了前扣带回（anterior cingulate cortex）的活动，这部分大脑区域涉及活动监控、解决相互冲突的反应倾向等功能。Johnson，Barnhardt和Zhu（2004）要求被试对新、旧刺激实施一致性诚实反应（consistent truthful responses）、一致性欺骗反应（consistent deceptive responses）、随机欺骗反应（random deceptive responses）三种反应，在随机欺骗反应条件下，要求被试尽力将欺骗反应的比例控制在50%左右。结果显示，相对于一致性诚实反应，一致性欺骗反应的准确率更低、速度更慢、反应变化更多且MFN 更为显著。这提示MFN可以作为事件相关电位测谎的指标使用来检测欺骗。

2.1.4 CVN

关联性负波（contigent negative variation，CNV）是英国神经生理学家Walter等人于1964年首次报道的慢电位成分，是人脑对实践和刺激的觉醒、注意、定向、期待、动作准备等多种心理因素综合构成的心理负荷加重所产生。Fang，Liu和Zheng（2003）通过向被试呈现欺骗成功与否的反馈信息，增加反应风险。这样相对诚实反应，被试实施欺骗反应时面临更大的心理负荷。研究发现：要求被试进行欺骗反应的目标面孔引起的 CNV 比要求进行诚实反应的熟悉面孔和陌生面孔存在更大的负偏向（negative shifts），但在陌生面孔和熟悉面孔没有显著差异。这一结果证明在测谎中可以把CNV作为一项重要的指标进行

参考。

由此看来，在事件相关电位测谎研究中分析欺骗反应若依据不同的研究范式或者刺激材料等有针对性的选择相应的一种或几种成分或综合各种脑电成分进行评估，将会提高对欺骗的检测出率，从而更有利于提升测谎的效率。如：P300 和CNV，研究发现二者存在一个关键性的区别：CNV依赖于被试的反应的特性（诚实或欺骗），P300则是依赖于刺激特征和被试的信息加工过程。在欺骗行为的检测过程中，P300 和CNV是互补的特异性成分，分别反应不同的认知过程。在实际的运用中，将二者合起来比较分析比单一的以P300或CNV作为判断指标可靠。

3 总结

综上所述，人的大脑在对记忆的再认和对事件作欺骗反应过的程中都会导致大脑在特定区域产生相关电位，大量研究已经发现了一些事件相关电位成分在这两个过程所表现出的特殊性。在事件相关电位测谎过程中，就是要综合分析、评估被测人在对案件相关信息的再认和进行欺骗反应两个认知过程中所产生的脑电成分特征，来确认其是否与案件有关。如果能用相关技术方法使这种成分显现、剥离，从而能让测试者仅仅根据这种成分是否出现就能确定被测人是否对相关信息有记忆或者是否有欺骗行为，那必将给测谎研究带来巨大的飞跃。这也是事件相关电位测谎研究以后重点关注的方向，有待于研究者们做出更多的努力去继续探索和发现。

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