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关于人脑认知产品Polygraph&ERP&EYE TRACKING系统情况阐述
发布时间: 2008-7-8 17:23:54 被阅览数: 4324 次 来源: 众百合诚
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                                        关于人脑认知产品
                            Polygraph&ERP&EYE TRACKING系统情况阐述
                                               (以下简称PEE系统)
目前各实验室对人脑认知学科研究进入深层次的理解和试验。试验人员借助于PET或MRI成像技术,实现了对不同脑区神经电位所引起能量消耗变化与相关器官所发生知觉加工过程的对应关系。对于大脑的思维表达过程有了更好地解释和参照。根据认知领域的研发需求,对其相关辅助检测、观察设备的功能性提出了更高要求。我们对认知测试相关的基础科研设备进行科研成果转换,所衍生的产品可以应用于教育、儿童心理研究、认知心理学、工业产品设计、广告设计、刑事案件的侦测、运动医学、人体工程学、精神病学等各个领域。
公司致力于认知测试应用产品的系统开发,特别针对犯罪调查领域的心理信息提取与分析为例,首先对实施该项目所匹配的硬件、软件情况,进一步的阐述。
一、PEE概述:
PEE系统是在现有模式刑侦测试的基础上构建的一套完整的认知测试补充。传统犯罪调查领域心理信息提取与分析的Polygraph测试主要参考被测者的心理生理反应为基础,即通过对个体自主神经反应系统的外围参数,如血压、心率和皮肤电进行检测,来辨别被测人大脑中存储的信息与犯罪的关系。外周神经系统的自主神经通过交感神经或副交感神经在主观上可以控制或受情绪的影响存在很多不确定性,所以此Polygraph单一测试的结果存在弊端。
PEE系统在此基础上增加了直接从大脑皮层的脑电放电采集,对中枢神经系统电生理的变化进行检测,从而辨认和识别储存在大脑中存储信息再现识别。此技术根据临床医学成熟的P300理论与应用。针对测试者对不同的类型心理测试设定了灵活操作菜单,以便确定客观的数据并核定呈现刺激点的潜伏期时长,然后进行综合数据处理分析、对比。在完成对生理测试数据同步采集过程中,系统可以通过不同的界面和走纸速度回放分析,即可以实现ERP分析也可以参照自主神经反应系统的外围参数血压、心率、皮肤电阻的变化情况。即实现了保留传统测试的参考依据,又实现ERP在犯罪调查心理信息提取与分析领域的现实应用。
PEE系统在上述测试的基础增加了眼动测试系统,最为重要的是实现眼动信号采集与原系统保持相对同步。眼作为主要的感受器,它对外界的触发在编码神经信号的过程中实现了自下而上的加工,同时在神经系统的平行加工过程中实现了自上而下的知觉经验和期望。该系统在临床相关疾病的诊断不再叙述,在此着重阐述应用于刑侦认知领域的情景再认、面孔再认过程中眼动信号与其它电生理信号的变化和数据处理。
二、ERP P300测试试验应用的趋势及简明理论依据
事件相关电位是近年来新兴的电生理技术,已有较成熟的仪器及操作技术,因其具有独立的内容依赖性,且不易受干扰,具有测谎及识别诈病的潜在应用价值,但目前仅应用于简单的图像再认,具有一定的局限性。本研究拟通过对不同形式刺激(包括言语、声音、图像等)的P300研究,明确关键指标的意义,开发P300识别伪装的方法,使其在测谎及法医临床学中产生实际应用价值。
上世纪80年代中期,P300作为事件相关电位(ERPs)的特征曾被集中研究,用来对人脑的信息加工过程进行检测。这样的研究一直没有中断,但是由于这类试验一直是脑神经生理学的研究范畴,所以对于实际的犯罪调查虽有涉及,也仅仅是实验室的取样研究,并没有实质投入到犯罪调查的实际应用当中。目前国内在犯罪调查领域对脑信息的提取主要还是以传统的心理生理反应为基础,即通过对个体自主神经反应系统的外围参数,如血压、心率和皮肤电等进行检测,来辨别被测人大脑中存储的信息与犯罪的关系。对于直接从脑电生理学的角度,对神经电生理变化进行检测,从而辨认和识别储存在大脑中的隐蔽信息的技术国内未见应用。虽然美国已经有了一定的研究应用基础,但是由于测试对象的种群和文化差异以及技术保护等因素的影响,美国的技术无法被我们直接使用。所以开发出自有技术的脑纹分析在我国相关领域具有实际的应用前景。
犯罪调查领域心理信息提取与分析的原理有三个前提。第一是人收到了相关的信息后会有一定的心理反应,然后这个心理反应就会转化为生理反应,然后这个生理反应就会被仪器探测到,这是它的理论前提。但是其中有一个关键的步骤,心理反应转化为生理反应(植物神经的交感神经与副交感神经唤醒与抑制),这个步骤被证明有一定难度。为什么说脑指纹技术(P300)要更可靠,就是因为它没有这个转换过程,它直接探测脑细胞突触晚电位放电的反应(试图确认对事件的反应是自上而下的加工过程记录)。
目前我国对辨认和识别储存在大脑中的隐蔽信息的技术应用研究处于起步阶段。所以我们对脑电信号的采集、处理与事件相关电位信号提取及其信息融合技术进行深入研究,并试图通过与公安部门有关单位合进行作实践测试。我们致力于犯罪调查领域心理信息提取与分析的研制,并针对犯罪心理信息提取与分析和心理技能训练等特定应用领域的脑电心理测试系统产品,然后通过实际的应用进行测试、验证和完善其使用功能。
 
P300的理论依据
(1)、EP / ERP的起源
大部分源于大脑皮层, 因为皮层神经元有特殊的层状排列
部分可能反映了脑干神经元的活动
EP / ERP均反映了脑内神经元群体的活动
EP/ERP的采集:平均策略
(2)、平均技术的原理
由于刺激与EP之间存在锁时关系
而背景噪音与刺激之间的关系是随机的
多次叠加可以消除噪音影响,增大信噪比
再除以叠加次数就可以使EP保持原大小而大大削弱噪音
(3)、EP / ERP的种类
外源性刺激相关的诱发电位 (EP)
感觉 (visual or VEP, auditory or AEP, somatosensory or SEP)
运动(电或磁刺激诱发)
内源性事件相关诱发电位 (ERP)
记忆和思维相关电位: P300
语言相关电位: N400
准备或预期相关: CNV
(4)、P300简介
最经典、最早发现且研究最广泛的ERP
波形在顶叶中线附近最明显
主要反映脑对外部信息的认知过程
三、传统的Polygraph测试仪(按照功能特点主要有两种型号)
■ 型号一):可实现监测指标:
1、主要信号:皮电、胸呼吸、腹呼吸、血容量、血压、动作、音视
2、皮肤电阻的监测信号主要参考植物神经电
3、袖套式血压传感器
4、通过软件回放参照事件对应数据进行分析判断
■ 型号二):可实现监测指标:
1、通过脑电波记录分析。
2、软件分析遵循临床医学P300测试规程。
四、PEE系统结构:系统分三个主要部分
(一)、主放大器神经电生理部分
1、脑电(EEG)       6-8通道  采样率不小于1KHz每通道。
(根据具体项目的需求可扩16-32-64导脑电)
2、眼动电(EOG)     2通道   采样存储频率1 KHz每通道。
3、口鼻气流           1通道      反应鼻腔气体流量的变化
4、胸、腹呼吸        2通道    记录呼吸运动及变化的状态。
5、心电              1通道    可记录心电情况、计算心律、统计R波。
6、血氧饱和度        1通道    可直接测试血氧含量、脉波频率。
7、皮肤电阻          1通道    反映植物神经电生理变化情况。
8、腿动              2通道    反映双腿局部或形体体动变化情况。
9、血压              1通道    利用PTT技术运算动态血压。
10、备用通道       
(二)、眼球轨迹跟踪统计放大器部分:
    1、情景跟踪
    2、眼球轨迹跟踪
     将眼动捕捉和视频录像的数据,进行图像处理、定标、统计。
 
(三)、软件(数据采集纪录、统计分析)部分:
1PEE系统ERP P300测试试验软件模块包含:
  提取编辑事件标记的EEG原始波形、 逻辑“NOR”运算
  增益调节  、对比  、 斜方差   、 一致性  、 编辑导联
  傅立叶转换FFT图谱  、  指数运算、对数运算
  数据自由导出进行EXCEL统计计算   、 滤波器
  缩放Zoom、 小波分析  、T检验  、分段分析
均方根、 矫正坏道处理、EOG眼动干扰提取
双路腿动信道处理及提取分析、阶段触发、频率开方
总均值、信号平滑、叠加、微分、积分
峰值探测(淹没在噪声中的微弱信号)、信号平均
频谱分析、线性推导、频率显示、标记点瞬时转化
网格坐标、标题显示、手动标记点设置
波形片断、标准显示、数据共享 DTE高容量数据库
2PEE系统图片刺激呈现的视觉绝对阈限、差别阈限测试试验:
本系统开发提供自由设置组题与变量的工具
            1)、 根据心理物理学的原理在觉察一个特定刺激所必需的最小刺激量(光、声、压力、味道、气味),能够对50%的识别测试绝对阈限。
系统根据此特点设置软件的图像呈现刺激结合脑电数据采集、叠加、分析运算,进而达到视觉阈上、阈下刺激试验,为刑侦实战提供排除参考数据。
            2)、根据差别阈限及韦伯定律进行差别图片呈现刺激试验,结合原始图片组呈现刺激与细微变化的图片组呈现刺激结合脑电数据采集、叠加、分析运算,为刑事侦察模拟现场等提供排除参考依据。
3PEE系统媒体文件播放与事件标注与提取分析试验:
      朝向反应测试:提取、叠加、平均P3b与P3a,确定P3a在未预料刺激带来的非意识加 工过程与案件的相关性。
本系统开发充分考虑多媒体底层应用的便捷性与事件标注的数据同步性。
1)、多媒体的播放可以声音、图片、录像等形式呈现。提供给操作者方便的标识工具,对所做的标识自然排序且方便提取,所提取的时间点数据若是录像截图取1000-2000mS内48张的任何一张图片,以便时间点的对应性统计和标注重要事件的操作计划。
2)、声音播放刺激呈现与标注:刺激呈现以标准组题库的文件用声音问答方式进行编排;标注点的事件数据提取按照常规测试程序分为开始点及时标注、刺激呈现及时标注、应答及时标注、结束统计及时标识标注四个部分。四个过程中的每一部份标注都含有丰富的信息,并且可以前期设置、后置补充添加信息处理。
3)、事件提取:标识点的相关生理数据提取,包括脑电波、心电波、呼吸波、皮肤电阻变化、脉搏波、血压变化趋势相关的数据。事件提取对被动或主动意识的腿动、眼动等异常数据能够进行筛选综合处理。
4PEE系统文字呈现事件测试分析试验:
相关/无关问题(R/IR-T)、  准绳(控制)问题(CQT)、  紧张峰(POT) 、 罪识或犯罪峰情节(GKT)、 刺激(SMT) 、  改进的一般问题(MGQT) 、  拉斯金多目标问题(R`MGQT) 、  怀疑-知情-参与(SKY) 、相对准绳问题(RCT)
            1)、PEE系统提供给刑侦专业人员便捷的操作平台。测试者可以根据案件的需要自由设置各种主要测试的套题库、组题库,针对各种测试提供灵活的文字编辑和刺激呈现。
2)、提供丰富的多媒体平台,为现场再现提供实战设定。
 
5 PEE系统呼吸、皮肤阻抗、脑电波频率测量工具:
工具可自由选段测量脑电
       γ(伽瑪)波:30~50Hz,快速波 、 Beta波 14-30Hz 、 Alpha波 8-13Hz  、Theta波 4-7Hz  、Delta波 1/2-3Hz、  Sleep spindle 12-14  、 K-complex 1/2频率、波幅;呼吸频率、深度、截面积等。
6PEE系统眼球轨迹跟踪统计分析软件
          注意区域分析:
          确认重叠的物象或通过256色Bitmap图确认256个非重叠的物象
          视线焦点分析:
          显示视线运动的轨迹图
          针对实时视频或静态图像的视线焦点位置和长度
          统计学分析:
          视线焦点持续的时间的绝对值和相对值
          相对于一定时间间隔,针对任何事物的视线焦点持续时间
7、眼球轨迹的视点事件时间,与EEG原始波形标记的事件时间段统计。
8、可选择的信号显示:脑电波组、眼动、肌张力、心电、动态血压、口鼻呼吸波、胸腹呼吸波、血氧饱和度、光电脉搏容积、皮肤电阻、心率、脉搏、图片呈先、文字呈现、视频多媒体文件的调入呈现等。
9、PTT参数设置与分析:
 
五、PEE系统在Polygraph测试中的应用:
PEE系统可实现测试的主要监测指标及特点
一)、遵循的理论来源
①、生理信号采集理论来源临床基础医学实践;
②、信号采集分析参考理论来源临床心理学、心理物理学、行为科学等成熟理论;“所有的心理现象同时也是生物现象”等
③、测谎开发结合有多年实战经验的刑侦专家指导,遵循行侦科学
 
二)、PEE系统硬件配置
①、16路AC通道集成主板,每通道采样频率大于1KHz,通过芯片可以自由设定任意通道的采样频率。
②、+1血氧通道,该通道并非独立于主放大器,光电脉搏容积信号通过硬件处理与主放大器保持采集同步。
③、+1 EYE TRACKING放大器,因其具有高采样率条件,通过--------能保持眼球移动视点时间与生理信号相关事件点的时间保持同步。
 
三)、PEE系统硬件采集通路协助软件实现生理监测的目的
      ①、通过6-8通道EEG信号实现对突触晚电位的拾起并记录,EEG高采集存储频率便于ERP软件模块的客观分析。
      ②、通过2通道眼动EOG信号的采集,实现ERP软件模块对EEG信号的判断,判断与刺激呈现有关或无关脑电活动。
      ③、通过2通道呼吸(胸、腹呼吸)的动作信号采集,实现呼吸模块软件对被测者呼吸变化记录、分析、统计运算。
      ④、通过2通道(心电、脉搏)的信号采集,实现PTT软件模块对被测者血压动态变化。
      ⑤、通过2通道腿动的信号采集,实现腿动分析模块分析对被测体的动作位移、刺激呈现有关或无关脑电活动影像。
      ⑥、通过1通道(4个能量级)皮肤电阻的变化采集,实现皮肤阻抗软件模块分析。
      ⑦、1通道口鼻气流通道备用。
      ⑧、+1通道血氧饱和度监测通道备用。
      ⑨、+1 EYE TRACKING采集通道,通过软件模块(含eye tracking软件模块)实现眼球移动与相关的电生理波形信号统计。
 
四)、PEE系统软件模块在协助刑侦心理实现的统计分析目的
1、脑电采集、分析软件模块
脑电波采集波形的丰富性来源于高品质的电生理放大器,PEE系统放大器具有高采样率可调的芯片系统,目前每通道采样存储频率分配为1KHz根据实际需要可调。灵活的软件操作系统和开放的编辑模式,根据实际测试的需要以呈现标记点为参照对不同的严谨原始数据取样,截取不同的数据时长定位标记潜伏期时长。数据采集分析中EEG波与EKG波、呼吸波、皮肤电阻不同的走纸速度,方便操作过程中的数据处理,为刑侦工作提供了客观判断的依据。
 
2、皮肤电阻、呼吸采集、血压(PEE系统含心电、脉搏、PTT分析软件模块)
 
传统犯罪调查心理信息提取与分析的Polygraph测试以这几个指标为主,根据其个体自主神经反应系统的外围参数,在实际应用中有一定的判断误差。因在各种情绪之间的生理唤醒在很大程度上是相同的,Polygraph测试不能区分焦虑、激怒和内疚引起的生理反应差异,资深的主测人员会根据实际情况采用“犯罪知识测试的测试”对变化的阶段数据对比进行实战处理会得到一些弥补。
PEE系统EKG的信号精确采集对测试中相对心律数据的变化与传统的间接计算更客观准确,为实战弥补提供参考。实战中通过面孔的观察区分恐惧与愤怒,若能借助EEG杏仁核唤醒来区分恐惧与愤怒数据对比也会有所帮助。
PEE系统利用国际主流PTT技术间接计算测试体血压的变化,无需佩戴传统袖带而且测试的准确性有高于目前应用于测谎仪的血压测试方案。在被测试者不知觉中完成血压数据相对变化统计,为实战弥补提供参考。
 
3、眼动、腿动记录、分析软件模块
 
EOG信号的提取为EEG信号的数据提供了客观参考,为反行侦提供了依据。
为主测者采用不同的测试手段提供规避的方案。
2路腿动信号一方面便于反应被测者在测试过程中紧张情况与坐姿稳定或体动情况;另一方面给主测者提供观察被测者是否有反行侦倾向的分析数据。
   
4、eye tracking 记录、分析软件模块
 
该测试系统在刑侦测试中主要应用于被测者对呈现刺激的眼球移动与生理信号的数据统计。通过视觉捕捉现象---视觉和其他感觉信息的冲突竞争常常以大脑最终接受视觉信息而解决。识别面孔的整个过程需要耗费巨大的大脑能量30%的皮层,10倍于大脑负责听觉的区域。在有意识识别的过程中能够使我们在众多面孔中识别出自己的姐姐,这与大脑先前存储的图像进行比较并加以识别。在媒体文件播放的时候,事件的刺激呈现与眼球的运动识别与其他电生理数据的关联性参考,为下一组测试提供线索------根据眼动认知的“瀑布效应”“单纯曝光效应”或许对刑事案件的侦查提供帮助。

 


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