专利名称：用于检测和评估欺骗和隐瞒识别以及对信息的认识/情绪反应的功能性脑成像的制作方法
技术领域：
本发明总体来说涉及利用通过功能性脑成像方法测出的个体脑部活动的变化以用于研究目的的领域，例如检测和评估个体是否真实或欺骗性的，个体是否具有对特定面容或对象的先验知识，以及确定个体对媒介讯息的认知/情绪反应。
背景技术：
近来医疗脑成像、计算和神经科学中的进步允许基于通过功能性脑成像而得出的脑部活动测量的自动分析形成精确和客观的方法以鉴定特定的实际重要的认知活动，即1)检测欺骗和隐瞒的先验知识以及2)评估影声媒介对目标观众的影响力。
欺骗具有重大的法律、政治和商业含义。因此，大家对于具有高程度确定性的确定一个人什么时候故意撒谎的客观方法具有普遍强烈的兴趣(Holden，Science 291967(2001))。根据传统方法，另一个体的欺骗是对主观事实的故意否定(Eck，In Lies and Truth，McMillan，New York(1970))。这种概念认为真实反应的改变是故意欺骗的必要条件。
多通道生理记录(测谎器)是当前运用最广泛的欺骗检测技术。测谎器检验依赖于焦虑的外部表现(皮肤导电性、心率以及呼吸)，这些被认为是欺骗所引起的(Office of Technology Assessment，1983)。这种技术的精确性受很多个体以及同一个体在不同时间点上的欺骗和焦虑之间的联系可变性的限制(Steinbrook，N.
头皮记录的事件相关电势(ERP)也已被用来试验地检测欺骗。ERP的P-300(P-3)波响应于具有300-至1000-ms等待时间的稀疏的、有意义的刺激而出现(Rosenfeld，In Handbook of Polygraphy(Kleiner，ed.)，pp.265-286，Academic Press，New York，2001)。这些反映出与感觉、运动或认知事件相关联的神经活动的连续电压振荡提供了较高的时间分辨率，但它们在脑中的源不能唯一地定位(Hillyard等.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95781-787(1998))。结果，ERP以较高的时间分辨率但较差的空间分辨率反映皮层活动。虽然实验已经得出ERP的P-300波的振幅和等待时间与欺骗相联系，但这种判定还没有成功地转化为可靠的测谎技术(Rosenfeld，2001)。因此，现有技术仍需要研究通过客观而不是主观手段检测个体的欺骗的一致、规范和有效的方法和系统。由于欺骗所引起的心情和身体状态的表现因人而异，因此有理由对与焦虑或有罪无关的欺骗标志进行研究。
医疗脑成像所有的脑成像装置都利用能量来探察感兴趣的区域并生成可以图形显示和统计处理的数字图象。在磁共振成像(MRI)中用来构成图象的能量类型是射频电磁波。医疗脑成像的关键在于脑结构或脑功能。结构成像注重高空间分辨率并且它用来检测脑中稳定的解剖变化，例如那些发生在脑部打击或变性疾病之后的(如Alzheimer疾病)。高空间分辨率是以瞬时(时间)分辨率为代价获得的，即以结构成像不可能进行认知或其他活动期间的快速脑部变化的检测。
功能和结构成像都产生数字的2或3维脑部图，其反映了脑部活动的组织密度(灰质、白质、液体、瘤等)或测量值(例如血流或新陈代谢的速度)。用与结构成像相同的成像设备执行功能性脑成像以检测在认知、运动或感觉活动例如手指轻敲、记忆或欺骗期间脑中发生的可逆变化。这需要个体脑部图象的采集速率为秒(整个脑部)或几十毫秒(单个脑部片层)的数量级，这可能比利用结构成像快很多。
功能性磁共振成像(fMRI)包括一组MRI方法，其特征在于快速采集射频信号，该信号反映脑中的区域性神经活动的一个参数，例如增加的区域大脑血流量(rCBF)或与执行特定运动、感觉或认知活动的一组脑细胞的增加的新陈代谢活动相关的氧合血红蛋白成比例的变化。fMRI相对于EEG的优势在于能以大约3mm的空间分辨率定位变化的信号源，而在EEG中不能很好确定地建立信号源。
依据血氧水平(BOLD)的MRI是fMRI的变型，它对供应脑神经元簇的微血管中的氧合与脱氧血红蛋白之间的比率(Oxy/Deoxy Hgb)中的变化很敏感。但是，BOLD fMRI仅测量Oxy/Deoxy Hgb比率中的变化，而不是绝对的rCBF本身。BOLD fMRI的这个特征要求在每个BOLD fMRI试验中必须包含在要比较的感兴趣的状态期间的脑部活动的基准状态。该比率与神经元新陈代谢速率紧密相关，而神经元的新陈代谢速率又与神经活动高度相关(Chen 1999)。因此，在Oxy/Deoxy Hgb中的变化是脑部神经活动的指示器。
当前BOLD是运用最广泛的fMRI技术，但是其他fMRI技术例如ArterialSpin Echo Labeling(ASL)fMRI可以与BOLD交替运用(Aguirre等.，Neuroimage15inpress(2002))。在其他fMRI技术中，可以获得rCBF的绝对测量。
近来计算速度和存储的进展允许在100毫秒内采集脑部的单4-mm片层图象。20个4-mm片层覆盖了大部分大脑皮层，这允许每2秒对整个脑部图象进行采集。在Oxy/Deoxy Hgb中的变化方式在各种认知和感觉过程中都是相似的，其称作血液动力反应功能(HRF)。每隔(1-6)秒采集整个脑部图象允许监视和绘出在认知过程中对单个刺激的HRF响应。
与ERP不同，功能性磁共振成像(fMRI)的空间分辨率超出任何其他脑成像技术，而时间分辨率足够分解响应于成组(块)的或单个认知事件(例如对屏幕上闪动的问题的响应)而产生的rCBF或Oxy/Deoxy Hgb变化。(Chen等.，在Functional MR中，B.P.Moonen and Bandettini，eds.，pp.103-114，Springer-Verlag，New York，1999)。
包括事件相关的fMRI过程的刺激的频率和顺序影响测试的统计能力。直到近来，脑部血液动力反应功能(HRF，每大约15秒1循环)的频率将刺激显示速率限制为每15秒1次。近来论证了以下工作由基于傅立叶转换的方法来将响应于个体刺激的HRF去卷积，如果内部刺激的间隔是可变的则它在速率比HRF频率快的情况下出现。该范例称作“快速跳动的事件相关的fMRI(fast jittered event-related fMRI)”(Burock等.，NeuroReport 93735-3739(1998))。该方法允许每单位时间出现的刺激的数量以数量级增长，从而增长统计功率。在每15秒出现1次刺激的速率的情况下有效的范例可以转换成快速跳动的事件相关的fMRI范例从而利用这些技术使统计功率最大化。
功能性MRI成像产生“未加工的”MRI信号的2维映射图，这些信号是无意义的除非从基准线或比较状态中扣除(Friston等.，1995a，1995b)。例如，在研究对光的反应中，将在光亮期间的枕部皮层中的活动从经历黑暗期间该区域的活动中扣除。该系统的分辨率确定最小3-D成像单元的尺寸，其由“体素”确定并通常为3至4-mm立方。fMRI图象分析中的关键步骤包括运动校正、2-D数据的3-D重构、利用映射坐标系将每个个体的脑部图象“形成”到标准模板上(Talairach等.，1998)。所得到的统计图象允许唯一定位，于是可以在所有对象中进行基准线和目标状态之间的比较。该比较结果是贯穿整个脑部做出的在任何两个状态(例如当看到熟悉的与不熟悉的面容时的活动)中的MRI信号的一个体素一个体素的减法。依据出现的感兴趣的附加非成像共变例如多道生理变量、性别、左或右手便利性、或在本申请中的母语，利用熟悉的两个尾部t-test ANOVA或MANOVA来确定差别的意义。一般分析中所包含的区域通常在20-30,000体素的数量级内，这需要对多个比较结果进行校正。该过程的最后结果通常是由t或F值表示的在两个状态之间的上阈值之差的映射。
对更高的认知功能的fMRI研究中的补充发展是fMRI辨别对熟悉与陌生面容或对象响应的脑部活动方式的能力(Opitz等.，Cereb.Cortex 9379-391(1999)；Senior等.，Cognitive Brain Research 10133-144(2000)；Wiser等.，J.Cogn.Neurosci.12255-266(2000))。研究表明甚至在缺乏意识的情况下也会出现该结果(Milner，Philos.Trans.R.Soc.Lond.B.Biol.Sci.352(1358)1249-1256(1997)；Berns等.，Science 2761272-1275(1997))。而且，脑部的不同部分响应于暴露于不同的语义类别的视听刺激(例如媒介)而受到激化，例如面容对器具(Ishai等.，J.Cogn.Neurosci.1235-51(2000)；Haxby等.，Science2932425-2430(2001)；Haxby等.，Biol.Psychiatry 5159-67(2002))。
评估影声媒介对目标人群的影响力是该媒介的生产者(登广告者、电影摄制者)所感兴趣的。目前，这种评估通常通过对其下的电视观众(Nielsen’s等级)构成的目标人群的主观印象进行大规模和昂贵的并且经验地调查来做出。这些技术是昂贵的并且它们预测反应的能力有限。而且，它们不能允许在完成截止到评估的媒介片段之前进行客观测试，评估时允许在生产期间进行内容和形式上的调整。近来，利用EEG/ERP来规范脑部对媒介的反应的第一次尝试是由Rossiter J.AdvertisingRes.41(Mar-Apr2001))做出的。但是，上述用EEG检测欺骗的方法的局限性限制了将该方法应用于评估媒介影响力。结果，现有技术仍需要可靠又简便且非侵害的方法和系统来预测媒介讯息对公众或部分公众的影响力。
犯罪意识测试(GKT)GKT是一种便于对犯罪细节的先验知识进行精神生理的检测的测谎询问方法，犯罪细节仅仅为犯罪嫌疑人所知晓(Lykken等.，Integr.Physiol.Behav.Sci.26214-222(1991)；Elaad等.，J.Appl.Psychol.77757-767(1992))。GKT已经在精神生理的欺骗模型(Furedy等.，Psychophysiology 28163-171(1991)；Furedy等.，Int.J.Psychophysical.1813-22(1994)；Elaad等.，Psychophysiology 34587-596(1997))以及ERP研究(Rosenfeld等.，Int.J.Neurosci.42157-161(1988)；Farwell等.，Psychophysiology28531-547(1991)；Allen等.，Psychophysiology 29504-522(1992))中采用。在典型的实验GKT中，主题是被指示响应于一系列问题或陈述来回答“不”，该回答是研究者和参与者都知道是“是”的一些事物；但是，参与者可能不知道研究者的意图。法庭上的和实验中的GKT的重要区别是对于后者来说，欺骗是被研究者认可的(Furedy等.，1991)。
虽然仍遵照关于欺骗的传统定义，但进行实验性的欺骗可能不会被作为不道德行为的对象所察觉并可能比法庭形式更少地激发罪恶感或焦虑。因此，一种对实验状态下的欺骗敏感的方法可能与焦虑无关，从而没有测谎器的局限。
发明概述本发明的目的是，尤其考虑到近来针对美国的恐怖活动，提供一种允许对个体的欺骗进行客观检测的系统和方法或标志器；从而允许在无辜方受到欺骗伤害之前可靠地检测出犯罪意图和阴谋。关于密谋执行恐怖活动或毒品走私的个体或个体网络的信息是通过战斗和防止他们的活动来保护社会的唯一的最重要的因素。民主原则限制了法律执行机构对嫌疑人及其合伙人进行审问时可用的手段，而故意欺骗又减少了所获得的任何信息的价值和可靠性。
目前，测谎器是唯一的常规使用的客观审问工具。但如上所述，由于测谎器仅监视神经系统的外部表现，因此测谎器结果的有效性和精确性已经遭到质疑。但是，人脑而不是外部神经系统是调查者所寻求的信息的根本定位。而且，测谎器结果的可变性还可能由情绪觉醒(罪恶感或焦虑)结合深思熟虑的撒谎所引起。假正确的结果在设置筛选大量主要为无辜者的焦虑对象的过程中很普遍，例如在关于炭疽攻击调查中发生的那些。受过反测谎器技术训练的嫌疑人以及对压力感到异常焦虑的人们特别可能做出假错误结果。具有不擅社交的人格障碍的个体(在职业罪犯中很普遍)可能会减少对各种刺激(包括审问)的焦虑反应程度。
因此，本发明的主要目的是提供一种基于对通过fMRI或其他测量脑部血流和氧合的方法直接成像和绘出个体脑部活动所获得的脑部活动数据进行的自动或半自动分析的通用测谎系统和方法。
本发明的另一目的是提供一种将fMRI欺骗范例中的上述原则应用到关于熟知的欺骗(例如面容识别)中的方法和系统。特别地，该系统和方法能确定个体是讲真话还是讲假话，对象以前是否与另一个体相识或是熟悉特定物体。
在实例1中提供的测试研究提供了因此经修改的范例，其产生标准值以建立在目前研究中建立的脑部反应模式上的有关类型的人类可变性(例如性别、母语、手型性等)的结果。由此提供的原型用于测试“现实生活”嫌疑人。原型测试的结果表明(a)欺骗和真实之间的认知差别具有在个体fMRI中可检测的神经相关性；(b)真实反应的变化是故意欺骗的基本成分；(c)脑部的前部带状束的和额叶前部的皮层是在人类欺骗期间被激活的基本神经系统的成分；和(d)MRI是在欺骗和其他与测谎有关的认知过程(例如对以前见过的对象的认知)研究中的有前途的和有效的工具，它为防御和刑事审判系统提供了重要的新工具并用于测谎具有价值的许多其他领域。
实例3中提供的测试研究提供了因此经修改的范例，其产生标准值以建立在目前研究中建立的脑部反应模式上的有关类型的个体可变性(例如性别、社会地位、年龄等)的结果。由此提供的原型用于测试实际媒介片段。原型测试的结果表明(a)不同的语义和情绪相关性的两个媒介片段之间的认知差别具有fMRI可检测的神经相关性；(b)MRI信号与媒介片段引起的主观情绪相关；和(c)MRI是在团队和个体对媒介反应的研究中以及对媒介内容和形式的处理以获得最佳预期效果并最小化非预期的反应和影响力的有前途的和有效的工具。
本发明的附加目的、优势和新颖特征将在本说明书、实例及其附图中分部分地阐述，并且对于进行下列检验的本领域技术人员来说将部分地变得明显或可以通过实践本发明来学到。
当结合附图阅读时，能更好地理解关于本发明的前述概要以及下面的详细说明。为了解释本发明，附图中显示了优选的特定实施例。但是应当理解，本发明并不局限于所显示的具体的结构及手段。
图1绘出了适用于与事件相关的fMRI的计算机化GKT的片段。每个“真”(红桃2)、“谎”(梅花5)和“控制”(黑桃10)出示16次，每个非目标卡出示两次。刺激出示时间为3秒，内部刺激间隔为12秒，出示的总数为88。出示的顺序是伪随机的(预定的随机)。
图2绘出了投射在标准MRI模板上的SPM{t}图，其证实了在ACC、中间右SFG、左额叶前部皮层边缘、左脊运动前区皮质(left dorsal premotor cortex)以及左前壁皮层中“撒谎”后的fMRI信号与“真”相比较大大增加了。p的阈值小于0.01；在空间范围校正到p＜0.05。
图3绘出了3个依赖麻醉剂的患者当观看包含关于海洛因的片段与中性媒介片段时统计的重大rCBF差别的平均量，如ASL fMRI所示范的。
图4绘出了有毒瘾的患者所报告的渴望使用毒品的主观情绪与其中脑中的MRI信号的强度之间的高水平的正相关关系。
本发明优选实施例的说明欺骗，特别是“故意欺骗”是一种企图在被骗个体的头脑中创造与造成欺骗的个体不同(实际上通常与客观现实不同)的现实的感觉的行为。本发明提供一种系统和方法，通过这种方法和系统如通过该个体对真实反应的抑制引起的在欺骗个体的局部脑部活动包括故意欺骗的标志器。本发明至少认识到下列几点(1)利用fMRI可以检测和定位个体撒谎与同一个体讲真话时脑部活动的差别；以及(2)在正常成年人中，模拟欺骗的范例例如GKT可激活与把真实反应改变到欺骗反应相关的带状束的和额叶前部的皮层的部分。
尽管实例1提供了用来形成范例的测试研究的详细公开内容，但下面做一下简要综述。准备提供正式、多个选择类型的向个体提问的方法，其中欺骗被模型化为对个体相信为真的事实的故意否定。例如如果被询问事实情况的犯罪嫌疑人对这些事实进行欺骗，则表明其与犯罪直接或间接相关(包括作证)。利用在4-Tesla(4-T)General Electric(通用电器)的MRI扫描器上的与事件相关的GKT和BOLD fMRI产生的结果与在执行GKT的代表样本人群中的欺骗和真实反应期间的MRI信号相比较。利用统计参数映射图(SPM99)自动分析数据。
下面简要地说明该方法。出示刺激物的速率和持续时间以及采集脑部fMRI图象的速率(重复次数(TR))通过扫描器在每个TR间隔的起始处发出的电子脉冲而被同步，它触发可视刺激物(例如照片或卡片)以一定速率出示，该速率为TR的倍数。因此在个体刺激和fMRI图象之间有直接对应关系。在假设由相邻刺激引起的信号变化是线性增加的情况下，通过时间活动序列相对一组滞后的刺激序列的多重回归为每个单个体素评估与刺激相关的活动(Maccotta等.，2001)。该技术称为“与事件相关的fMRI”(Aguirre，InFunctional MRI(Moonen and Bandettini，eds.)，pp.369-381，Springer-Verlag，NewYork，1999)。还可以对响应于间隔紧密的重复刺激的较长(20-30秒)训练(块)的脑部rCBF反应进行绘图，该范例称做“分块设计fMRI”。
MRI是最公认的对脑部活动非侵害性成像的方法，但是另外的测量局部脑血流量和氧合的实验方法，例如近红外分光学(Villringer等.，TrendsNeurosci.20435442(1997))，一旦商业化，也可为本发明的普通专业人员以与fMRI相同的方式所利用。尽管如此，fMRI由于其允许对相同个体进行重复研究因此是对于当前目的的最相关的技术，并且是非侵害性的(例如不需要IV线或辐射暴露)和成熟技术。对本发明作出的fMRI研究是利用高磁场扫描器(4T而不是1.5T)进行的，这是因为该扫描器比传统1.5T扫描器(Maldjian等.，1999)具有改进的信噪比。还可以替换使用选择的扫描机构。
已经开发出在通用线性模型内采用参数统计的标准方法(StatisticalParametric Mapping or SPM99’)并且在商业上可用fMRI图象分析的统计包。MRI实验中的统计功率分析是密集调查领域，这是因为其在认知MRI实验中的影响不好建立但通常在2-5％的范围内。
本发明通过GKT的测试形式来举例说明，其变化已经被很好地确认为欺骗模型，但其决不在结合MRI测量之前检测欺骗。而且没有任何其他类型的欺骗模型为检测欺骗先与MRI结合。但是，当在本发明中应用fMRI分析时，发现在扣带回(cingulate gyrus)的前部(也称作前带状束皮层或ACC)、右上前脑回(SFG)以及从左侧额叶前部延伸到左前侧皮层(也称作左侧额叶前部皮层或左PFC)的邻近区域中增加的活动与欺骗反应极大相关。因此，结果证实(a)欺骗和真实之间的认知差别具有可被fMRI成像检测到的神经相关性；以及(b)ACC、SFG和PFC是个体实行欺骗中的基本神经系统的成分。
ACC和背外侧的额叶前部皮层(DLPFC)活动已经在执行功能任务中报告，该任务包括抑制“优越的”(例如基本的)反应、分散的注意力或新颖和无终止的反应(Carter等.，Science 280747-749(1998))。近来对处理Stroop任务的fMRI研究即反应抑制范例已经将ACC的作用缩小到监视冲突的反应倾向，并显示出右ACC活动的程度与和左DLPFC活动抵触和逆相关的反应程度成比例(Carter等.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 971944-1948(2000)；MacDonald等.，Science 2881835-1838(2000))。在“撒谎”反应期间右ACC增加的活动表明发生了与优越反应(真)的冲突及其变化。
在“撒谎”期间脑中的不同的活动还包含在与ACC相邻的右SFG(BA 8)方面，这暗示了在GKT欺骗期间的功能连续性(Koski等.，Exp.Brain Res.13355-65(2000))。主要研究已经证实了在以前所学的前肢运动中的BA 8和ACC之间的充分投射以及BA 8的抑制作用(Oishi等.，Neurosci.Res.8202-209(1990)；Bates等.，J.Comp.Neurol.336211-228(1993))。因此，在左脊运动和额叶前部皮层以及前侧皮层的接合处的活动可能与在“撒谎”按压期间对引导右拇指到合适的反应按钮的运动控制的增加的要求有关。活动中的这种增加看来反映出了“克服”抑制的真实反应所需的附加努力。
重要的是，发现前述脑区域在“撒谎”期间比“真实”期间更活跃，但是没有脑区域在“真实”期间比“撒谎”期间更活跃。这表明“真实”是基本认知状态而欺骗的确需要在真实上执行认知过程，其导致了在“撒谎”期间而不是“真实”期间额外的脑部活动，如上所述。
在本发明中GKT设计用来最小化焦虑反应，而用适度的正强化(在利用小奖金的情况下)维持欺骗的动机。在GKT扫描期间或之后，报告没有参与者有任何主观焦虑的症状。同样地，实施研究的临床医师发现没有区域活动频繁地与正皮肤导电反应、焦虑或情绪相关(眶前皮层(orbitofrontalcortex)、语言和梭状回、小脑、岛和扁桃形结构)(Gur等.，J.Cereb.BloodFlowMetab.7173-177(1987)；Chua等.，NeuroImage 9563-571(1999)；Critchley等.，J.Neurosci.203033-3040(2000))。因此，ACC活动看来与焦虑无关。尽管如此，由于情绪信息处理中可能包含部分ACC，因此仅仅用当前数据不能决定性地排除焦虑或与情绪相关的活动(Whalen等.，Biol.Psychiatry 441219-1228(1998))。
因此，本测试研究具有确定的公认的源于范例设计和由MRI环境施加的约束的局限性，对于这些局限性已经作了补充考虑。
第一，在“现场”状态下，欺骗包括选择要素和比在下列测试状态情况中更多的风险与情绪要素。承认用允许参与者在处理风险中进行选择的范例来补充GKT可以展现具体欺骗活动的附加区域，例如眶前皮层(Bechara等.，Cereb.Cortex 10295-307(2000)。而且，由于敏感的人为因素限制了眶前皮层的BOLD fMRI成像，因此交替的成像序列提供了特定优势。
第二，事件相关测试设计的12秒相间的实验间隔限制了能够在单对话中出现的刺激数量，从而限制了检测的统计量。因此，撒谎和真实刺激的重复必须放大事件相关的BOLD fMRI范例的固有低功率(Aguirre，1999)。但是，即使利用测谎器，Elaad报告在用重复的GKT刺激检测欺骗的精度也没有下降(Elaad等.，1997)。本测试GKT为两种习惯控制并且该分析中包含所有刺激的相等重复的古怪结果(Control，Lie，Truth)。具有较快的刺激出示速率的和可变的相间实验间隔(“跳动”)的修改的事件相关范例能使显著刺激的重复甚至大大地减少(Burock等.，1998)。
第三，真实和谎言卡片(图1)在适配和数量上都有差别。形状和颜色辨别与侧膜和枕骨相关，而非带状束活动，这使得在真实和谎言卡片之间的图形差别与ACC活动的原因不同(Farah等.，Trends Cognit.Sci.3179-186(1999))。解决这种问题的一种建议包括利用仅数量不同或单数卡的扑克牌复制用GKT的当前结果。
最后，由于测谎器有限的可靠性，本MRI数据与ERP或测谎记录无关(Office of Technology Assessment，1990)。同时的ERP和MRI记录被强磁场阻碍并且它是当前研究的焦点(Goldman等.，Clin.Neurophysiol.1111974-1980(2000))。
虽然本发明的系统和方法在实例中做了详细说明，但还可以用多种变量米替换或改变，只要这些变化符合定义的权利要求所限定的发明的总原则。例如，在实例中可以用卡片来代替嫌疑合伙人或物理证据的图象。可以用其他计算机或扫描器模型或标志来代替，如果它们执行与实例中所使用的那些相同的功能。该变化和替换应该在该试验的普通临床医师或实现者的能力范围内并且在本发明的范围内。
除了在防御和法律实施中检测欺骗或隐瞒的情况之外，本技术应用还包括民法、商业精神病学和心理学。例如，它可用于1)宣告民事以及刑事调查中的无罪(例如调查上千个涉及炭疽攻击调查的联邦雇员)；2)法医学应用，例如评估精神病学的及其他医疗能力丧失对私人和政府保险的权利；或3)以脑部活动中的增加(其特征在于故意否定而不是无意识的抑制)为依据的精神病学诊断和对精神疗法的进展的客观评估，无意识的抑制不能产生欺骗型的脑部反应和对于假与真“恢复的”回忆的评估(Schacter等.，Neuron 17267-274(1996))。
实例进一步通过实例说明本发明。但是，该实例的提供是用于向本领域技术人员做解释而并不局限于此。而且，这些实例不能解释为限制所附的权利要求书的范围。因此，本发明决不应该解释为受下列实例所限，而宁可说是应该解释为包含任何及全部改动(其显然是这里提供的教导的结果)。
实例1GKT测试研究从Pennsylvania大学社区征集二十三个(23)年龄从22到50岁(平均年龄32)、受教育12-20年(平均16年)的健康的右手型参与者(11个男士和12个女士)。参与者由Symptom Checklist-90-Revised(症状校验表-90-修订版SCL-90-R)和DSM-IV为基础的会谈(美国精神病学协会诊断和统计手册，第四版(DSM-IV))为基础的会谈筛选以确保扫描之前的心理常态。在经历扫描期间和/或之后，如果有的话，还对他们提问关于焦虑的症状{SCL-90-R中第2、4、12、17、23、31、39、55、57、72、78条}(见Derogatis，等.公布的调查报告，Br.J.Psychiatry 128280-289(1976))。
由Furedy等.，1991说明的GKT的“高动机”版本修改如下(1)用成文的数字代替手制卡片，使用编号的扑克牌(图1)，(2)添加两个不突出的卡片类型以确保警觉和注意并控制突出卡片的重复效果。对突出刺激的多次重复的需要以及因此维持参与者的警觉的特别努力由事件相关的fMRI范例设计来口授(Aguirre，1999)。使用四(4)种卡片梅花5(“撒谎”)、11个不同编号的扑克牌(“非目标”)、红桃2(“真实”)以及黑桃10(“控制”)。
撒谎、非目标以及真实卡片带着以下问题“你有这张卡吗？”控制伴随着这个问题“这是黑桃10吗？”以检测无差别的“不”反应。控制强迫参与者阅读在所有卡片的顶上的问题而不是给出无差别的“不”反应。只要在22分钟内重复出示三个卡片，非目标引入了所期望的随机的和减少习惯和厌倦的外貌。以与出示假相同的次数出示真来控制重复的结果(习惯)。
告知参与者如果他们对于除了自己口袋里隐藏的之外的任何卡片撒谎就没收其奖金。这等于认可不具有非目标和真实卡片的真实，否认不具有谎言卡片的真实(撒谎)以及认可关于黑桃10的控制的真实。谎言、真实和控制出示16次，每个非目标仅出示两次，总共为88次刺激。利用随机数发生器对刺激排序，刺激每次进行3秒。刺激间的间隔为12秒(Aguirre，1999)，因此整个对话持续1320秒(22分钟)。
利用PowerLab软件(Chute等.，Behav.Res.Methods Instruments Comput.28311-314(1996)(MacLaboratory，Inc.，Devon，PA))汇编来自所选编号的扑克牌的扫描图象以及附加图形(图1)。
所有参与者对打牌熟悉，但没有赌博的历史问题。让参与者抓起三个密封信封中的其中一个，这三个信封中都包含$20钞票和梅花5扑克牌。参与者不知道所有信封都装着同样的内容。让参与者秘密地打开信封，记住卡片并将其放回到信封里然后将信封藏到口袋里。告诉参与者如果他们成功地从“计算机”上隐瞒住他们自己的卡片他们就能够得到$20，该“计算机”控制GKT并分析他们在MRI期间的脑部活动。然后将参与者定位于配置用来平面回波成像的高场MR扫描器(4特斯拉MRI扫描器，GE Signa)中。
运行PowerLab并与视频投影仪相接的计算机(Apple)用来将GKT背投影到在参与者脚部的屏幕上，该屏幕可通过射频头线圈内部的镜子看到。用右拇指按压双按钮光导纤维反应板(Current Designs，Philadelphia，PA)来做出“是”或“不”反应。反应反馈到Apple计算机并由PowerLab记录下来。在事件相关方式下图象采集与刺激出示同步进行。在轴平面(24cmFOV，256×256矩阵，3-mm片层厚度)上执行矢状T1加权的定位和对整个脑部的T1加权采集。利用该序列进行函数数据的解剖覆盖并将数据组空间规格化为标准图谱。
利用多片层梯度回波平面回波成像(21个片层、5mm厚度、无遗漏、TR53000、TE 540以及3.75×3.7534mm的有效体素分辨率)在轴平面上执行功能性成像。存储fMRI原始回波振幅并将其传到记忆源(Sun Ultrasparc 10，SunMicrosystems，Mountain View，CA)以进行脱机重构。基于在相位编码参考成像期间采集的数据在每个图象上校正图象失真和交替的k空间线误差(Alsop，Radiology 197388(1995))。
利用在Matlab(The Mathworks，Inc.，Sherborn，MA)中实现的SPM99(Wellcome Department of Cognitive Neurology，UK)执行如Friston等.，(Hum.Brain Mapping 2165-189(1995a)；Hum.Brain Mapping 2189-210(1995b)中所述的统计分析，Matlab具有自身发展的交互性数据语言(IDL)(Research Systems，Inc.，Boulder，CO)界面。将T1加权的图象规格化为SPM99内的标准图谱(Talairach等.，In Co-planar Sterotaxic Atlas of the Human Brain.3-DimensionalProportional SystemAn Approach to Cerebral Imaging，Thieme，New Yorrk，1988)。利用同步插值在函数数据上执行片层采集定时校正。然后利用第一图象作为基准在SPM99内运动校正函数数据组。利用图象标题信息将函数数据组规格化到Talairach空间以确定数据组和T1加权的图象之间的16参数仿射变换(Maldjian等.，J.Comput.Assisted Tomogr.21910-912(1997)，其结合SPM99内计算的变换用于Talairach空间中的T1加权解剖图象。利用同步插值在Talairach空间内重新采样4×4×4mm规格化的数据组。利用在一半最大值Gaussian平滑内核的12×12×12-mm全宽度平滑数据组。
对于统计参数映射(SPM)分析，采用具有时间和分散导数的规范血液动力反应函数作为基础函数，其与成像工具的定标成比例。执行时间平滑、反趋势(detrending)以及高通滤波作为SPM分析的一部分。利用SPM99内的通用线性模型(GLM)产生SPM投影映射(SPM)。在SPM99内产生患者中的GLM回归系数之间的对比从而进行主要对比“谎言对真实。”利用具有个体对比制图的SPM99内的随机效果模型执行第二水平分析以产生成组的SPM(Holmes等.，NeuroImage 7S754(1988)。形成的T值分布的SPM{t}制图传到单元法线分布SPM{Z}。Z和T都是可从标准表中得到的基本统计值，标准表显现出事件与在给出数量的实验中偶然发生的预期事件的观测频率之间的差别。Z和T值越高就越不可能发生随机事件。P是Z和T特定值的概率，并利用SPM99中实行的Gaussian场理论将P的阈值设置为0.01并对空间范围进行校正(P＜0.05)。利用数字MRI图谱来自动确定解剖区域(Kikinis等.，IEEE Trans.Visualization Comput.Graph.22223-2241(1966))，为了使用本fMRI数据，之前MRI图谱已经被规格化为同样的SPM99Talairach模板。利用MEDx(MEDx 3.3；Sensor Systems，Inc.，Sterling，VA)软件将形成的设置阈值的SPM覆盖到T1模板上。
如果对象做出响应于真实或谎言刺激的两个以上的错误或者在整个GKT上做出三个以上的错误就将它们排除在分析之外。如果参与者自己的Z制图(表明运动假象)(由扫描期间的对象运动所造成的图像失真)包含Z值中的非解剖曲线变化则也将它们排除在分析之外(Hajnal等.，Magn.Reson.Med.31283-291(1994))。实际上，在分析期间4个参与者由于运动假象被排除，1个由于在GKT上的100％的错误率而被排除。正确反应率为97至100％。在全部88个试验中，9个参与者没有犯错误，4个参与者犯了1个错误，3个参与者犯了2个错误并且2个参与者犯了3个错误。没有人在谎言、真实或控制卡片上犯错超过2个。因此，分析中所包含的参与者的最后数目为18。
利用非线性转换(Duncan等.，Science 289457-460(2000))和由Talairach图谱(Talairach等.，1988)确定的解剖和Brodmann区域(BA)将MontrealNeurological Institute坐标(SPM99输出)转化为立体战术(stereotactic)Talairach坐标(称为{x；y；z})。在SPM99内状态A和状态B之间的“对比”仅返回到正差值(增加)从而检测在所执行的反向减法(B减A)中的下降。
结果在“谎言对真实”对照(表格1，图2)中，有两组重要的BOLD信号增加。第一组为从左前带状束脑回(cingulate gyrus)(ACC)延伸到右超前脑回(superior frontal gyus)(SFG)的医疗方面的146个体素簇，其包括BA24、32和8，总活动峰值在Talairach{x；y；z}坐标{0；21；28}且局部峰值在{4；33；43}和{0；26；47}。第二组为沿着颅骨尾部(craniocaudal)轴的U形91个体素簇，该轴从前额边沿延伸到脊前运动皮层(BA 6，在BA 3和4边沿)，其还包括从中央沟到腹膜内沟的较低岸的前侧壁皮层(BA 1-3到BA 40的边缘)，其总活动峰值在{-63；-17；45}且局部峰值在{-59；-10；41}和{-55；3；51}。没有区域有明显的信号减少。见图2.表1.在“谎言”和“真实”状态之间的Talairach坐标、脑回(Talairach等.，1988)和明显fMRI信号差别的簇(图2)内的活动峰值的Brodmann Area(BA)位置。
Talairach坐标簇大小 Zx Y z BA 脑回(体素)146 3.8 -1 16 29 24；32 前带状束— 3.17 3 28 43 6；8 右超前沿3.15 0 24 52 8 超前沿91 3.58 -57-2341 1；2；3；40左后中央— 3.40 -54-1538 3；4；6前和后中央— 3.19 -50-3 49 6 左前中央注意对于多个比较，体素级阈值在P＜0.001未校正时为T＝2.57，校正后为0.05，空间范围阈值＞80体素。Bold数值符合于簇的总峰值；斜体字代表相同邻近簇内的局部峰值。
结论结果证实了利用事件相关的fMRI和GKT欺骗模型是可测量出撒谎和讲真话之间的差别的。该发现表明在欺骗和诚实时的脑部活动水平之间具有可由fMRI检测出的神经生理学差别。与欺骗相关的活动的解剖分布表明欺骗包括与优势(真实)反应相抵触和变化。该范例设计和图像分析方法论的进一步精巧之处能够进一步增加模拟欺骗范例的突出性和统计功率并建立个体水平的欺骗预测的活动模式，该图像分析方法论包括例如测试手型效应、语言或性别、或者基于GKT中的熟悉性建立欺骗等级、或测试对象实施的反测量效应(例如既不响应对应于所出示刺激的问题也不响应其命令)。
实例2辨别熟悉面容试图故意对调查者欺骗与另一个人(例如同谋人)熟识的同谋嫌疑人能展示出可由fMRI检测出的两个脑功能参数。第一个是对认出的同谋人(或他/她的肖像)的故意否认。第二个是对熟悉的面容或物体的反应，该反应与对新异面容或物体的反应不同。
对面部辨别期间脑部的活动方式的研究显示出了脑部对于熟悉对新异面容以及以前对所显示的面容的熟悉程度结果的反应中的重大差别(Haxby，2002；Glahn等.，1997；Henson等.，2001；Schlack等.，2001，Gobbini等.，2001)。因此，当把实例1的原则应用于询问个体是否认出面容的问题时，当前数据表明当面容用作GKT型范例中的刺激物时反应与通过玩扑克牌建立的GKT范例一样强烈或更强(在振幅和/或空间分布上)。
研究表明即使在缺乏意识时也会发生这种效果[Milner，1997#111；Berns等.Science 2761272-1275(1997).Ishai等.，J.Cogn.Neurosci.1235-51(2000)；Haxby等.，Psychiatry 5159-67(2002)。因此，在实例1的fMRI欺骗范例中阐述的原则可应用于有关欺骗的熟知并可顺序或连续地结合绘制新异与熟悉面容或物体识别相联而没有欺骗的脑部活动。
实例3对媒介信息的脑部反应。
在实例1的fMRI欺骗范例中阐述的原则还可以应用于观看媒介信息例如电影、电视短片或广告的个体。尽管在该情况下与检验欺骗不同，但数据仍用来解释信息作用于个体的效果。这利用脑部反应的已知形式例如厌恶、愉快、激动或唤起回忆刺激来调节媒介内容以获得预期效果。该研究探究了用磁共振信号作为对于商业影声媒介的认知(例如注意)和情绪(例如觉醒)的反应标志。在信号和所得的数据的出示和评估方面进行特定修正如实例1一样选择和分析对象。
数据采集对象观看跟随着相同持续时间的目标媒介片断的基准媒介片断(控制材料)。(如果随机化吸毒和中性的视频的顺序会消除由于MRI系统偏差而产生的系统错误风险，则本发明者获取的数据则表明了从吸毒到中性的提示的重大遗留效果)。用目标影片描绘两个男性海洛因使用者当准备和注射模拟海洛因而进行毒品细节的对话。基准影片是关于蜂鸟的生活的原始影片。图3绘出了3个安眠依赖的患者对关于使用海洛因的电影和关于蜂鸟的电影的脑部反应之间的平均rCBF差别，这是通过在Talairach空间中的T1 MRI上投射ASL fMRI来确定的。两个影片都已经经过皮肤导电反应校正确认并用于本发明实验室的几个先前研究中。
成像包括矢状侦察扫描(TR/TE＝500/10毫秒，128×256，5mm厚，2分钟)；解剖扫描，利用备好的扰乱的GRASS的3D倒置恢复(IR)(TR/TE/TI＝33/7/400毫秒，192×256，124个片层，1.5mm厚)；跟随fMRI，利用动脉旋转标注(ASL)灌注序列的(TR/TE＝3400/18毫秒，64×40，10个片层，50毫秒采集次数/片层，8mm厚/2mm sp，分辨率3.75×3.75×10mm，FOV24cm，180次重复，10分钟)。ASL序列由以下组成隔行扫描的总(控制)和片层可选的(标注)倒置恢复梯度回波平面回波采集。特定的陡沿脉冲(FOCI)应用于自旋标记以最小化采集之间的系统误差。通过在FOCI脉冲之后以800ms在标记区域放出饱和脉冲来限定标注圆块的持续时间，然后在图像采集之前有1秒的后标记延迟。扫描器中的总时间大约为30分钟。用对象手指上所带的脉冲量氧计每隔30秒连续获得并采样心率。
以固定间隔或贯穿对话期地连续执行对目标片段中绘出的使用毒品的期望及其他主观感觉例如厌恶、性唤起和记忆的评估。对象使用具有多个按钮的反应板，其允许他们向调查者传递经历上述感情的程度。如果必要还收集附加参数例如皮肤导电性、阴茎勃起、心跳和呼吸速率以及血压。
过程通知完成文的允诺之后，使对象位于扫描器内。将视频片段投射在对象脚部的屏幕上并且借助于射频头线圈里面所带的棱镜玻璃来观看。通过螺纹塑管的空气传导将声音传送到耳塞来衰减扫描噪声。视频持续10分钟，并在4分钟的空白灰屏幕之前和之后，在此期间控制VAS并停止MRI。用VAS索引暗示引起的海洛因渴望中的变化。对象利用光纤反应板做出反应。表2.MRI对话时限表明根据从成像对话期开始用去的时间的变化开端的时间线。(x)表示可替换的(平衡的)顺序(order)。
数据分析利用SPM99’脱机重构、校正运动假象及平滑数据(28，http//www.fil.ion.ucl.ac.uk/)。利用线性或同步插值及时将系列标记图像偏移一TR。在时间匹配标记和控制图像之间的成对减少产生灌注对比图像。图4绘出了使用海洛因的期望中的变化与中脑区域中rCBF中的变化之间的关系。利用通用PASL灌注模型实现CBF值的转换。利用SPM99在对象内比较在吸毒和非吸毒视频期间的CBF信号。
个体活动制图(beta或关联系数)被规格化到Talairach空间并与美沙酮血浆水平及心率相关从而检测与在患者和控制内的安眠渴望和生理参数相联的脑部区域。在规格化个体数据上执行ANOVA分析以研究吸毒暗示和测试人群的结果，然后对所感兴趣的区域进行分析以进一步研究在这些所检测的脑部区域中的CBF变化时间过程的时间发展。
结论1)对于目标人群的高情绪值的媒介片段得出与在中脑、丘脑、脑岛和扁桃形结构中为中性值的媒介片段不同的脑部反应。该结果在没有海洛因毒瘾的控制对象中观察不到，在不涉及奖金和运动的仲裁的脑部区域中也观察不到，例如枕部皮层。
2)在这些区域(中脑)中的某些区域中的脑部反应与观者的主观情绪相关。
3)4-T灌注fMRI是用于研究媒介对目标人群以及个体的影响的有前途的技术。
因此这里所述的方法用于对媒介片段的内容做有效处理以获得对目标人群或特定个体的最大预期影响。
在前述说明中引用的每个和全部专利、专利申请和公开物在此作为参考结合其全部内容。
虽然已经参照特定的优选实施例进行了前述说明，并且为了解释也阐述了许多细节，但是很明显对于本领域普通技术人员来说本发明还可以从属于各种修改和附加实施例，而且在不脱离本发明的精神和范围的前提下本说明书中的特定细节可以进行重大改动。这种修改、等价变化和附加实施例被希望落入所附的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种客观且非侵害地检测个体以判别所述个体是提供真实还是欺骗反应的方法，包括测量个体的脑皮层活动的变化并评估这些变化以客观地检测由该个体做出的欺骗或真实的变化。
2.一种客观地确定个体对解剖图形的识别的方法，包括测量个体的关于在一个时间进程内识别解剖图形的脑皮层活动的变化并比较和客观地评估这些作为与认知功能的已知脑部位置比较的变化。
3.根据权利要求2的方法，其中解剖图形包括人脸或面部图像。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中个体的脑皮层活动通过功能性磁共振成像(fMRI)来确定。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中自动或半自动地执行这些步骤。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中个体的带状束皮层和额叶前部皮层的前面区域的活动与真实反应的欺骗变化相关联。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，进一步包括当个体以真实或欺骗的方式响应于所选择的问题时通过功能性MRI加权采集采集在轴平面上的整个脑部图像，并将fMRI原始回波振幅存储和传递给存储源；校正图像失真或运动、以及在每个图像上的交替的k空间线误差；记录通过激活反应板上的“是”或“不”反应而对所选问题做出的反应将反应和数据传送到计算机系统；使采集的图像数据和记录的反应同步；将函数数据的解剖覆盖图空间规格化为标准图谱；将数据组和相应反应规格化到Talairach空间；以及统计分析根据计算机化系统的反应的数据以确定欺骗是否与每个反应相关。
8.一种客观且非侵害地确定个体对暴露于影声媒介信息的影响的方法，包括测量个体响应于暴露于影声媒介信息的脑皮层活动中的变化、以及评估这些变化以客观地确定该个体的认知和情绪反应。
9.根据权利要求8的方法，其中通过功能性磁共振成像(fMRI)确定个体的脑皮层活动。
10.根据权利要求8-9中任一项的方法，其中自动或半自动地执行这些步骤。
11.根据权利要求8-10中任一项的方法，进一步包括评定影声媒介信息对代表目标人群的多个个体的组合影响。
12.根据权利要求8-11中任一项的方法，进一步包括使个体或目标人群暴露于至少一个高情绪值的影声媒介信息的表示以及于至少一个中性值；记录个体或目标人群暴露于高情绪值的影声媒介信息与中性值的媒介相比较的不同的脑部反应，并评估记录的结果以关注对个体或目标人群有最大预期效果的媒介信息。
13.根据权利要求8-11中任一项的方法，其中个体的中脑、丘脑、脑岛的活动以及带状束皮层和额叶前部皮层的前部区域的扁桃形结构活动与暴露于具有高情绪值的影声媒介信息相关联。
14.根据权利要求8-13中任一项的方法，进一步包括当个体暴露于所选的影声媒介信息时通过功能性MRI加权采集采集在轴平面上的整个脑部图像，并将fMRI原始回波振幅存储和传递给存储源；校正图像失真或运动、以及在每个图像上的交替的k空间线误差；记录个体暴露于选出的测试影声媒介信息而做出的反应；将反应和数据传送到计算机系统；使采集的图像数据和记录的反应同步；将函数数据的解剖覆盖图空间规格化为标准图谱或由同一个体暴露于中性值的影声媒介信息而做出的控制评定；将数据组和相应的反应规格化到Talairach空间；以及统计分析根据反应的数据以确定所选择的测试影声信息对个体的影响。
15.一种客观且非侵害地检测个体以判别所述个体是提供真实还是欺骗反应的系统，包括用来测量个体做出反应的脑皮层活动的变化基于计算机系统的MRI，所述系统具有当个体以真实或欺骗的方式响应于所选择的问题时把数据记录到可读信号支持媒介上的能力；通过功能性MRI用加权采集采集在轴平面上的整个脑部图像并将fMRI原始回波振幅存储和传递给存储源的装置；校正图像失真或运动、以及在每个图像上的交替的k空间线误差的装置；记录对象通过激活反应板上的“是”或“不”反应而对所选问题做出的反应的装置；将反应和数据传送到计算机系统的装置；使采集的图像数据和记录的反应同步的装置；将函数数据的解剖覆盖图空间规格化为标准图谱的装置；将数据组和相应的反应规格化到Talairach空间的装置；以及统计分析根据计算机化系统的反应的数据以确定欺骗是否与个体的每个反应相关的装置。
16.一种客观且非侵害地确定个体对暴露于所选择的影声媒介信息的感觉的系统，包括用来测量个体响应于暴露于影声媒介信息的脑皮层活动中的变化的基于计算机系统的MRI，所述系统具有把数据记录到可读信号支持媒介上的能力；当个体暴露于所选择的影声媒介信息时通过功能性MRI用加权采集采集在轴平面上的整个脑部图像并将fMRI原始回波振幅存储和传递给存储源的装置；校正图像失真或运动、以及在每个图像上的交替的k空间线误差的装置；记录暴露于所选择的测试影声媒介信息的个体做出的反应的装置；将反应和数据传送到计算机系统的装置；使采集的图像数据和记录的反应同步的装置；将函数数据的解剖覆盖图空间规格化为标准图谱或由同一个体暴露于中性值的影声媒介信息而做出的控制评定的装置；将数据组和相应的反应规格化到Talairach空间的装置；以及统计分析根据反应的数据以确定所选择的测试影声信息对个体的影响的装置。
全文摘要
本发明提供通过功能性脑部成像方法测量个体脑部活动中的变化的方法和系统，其用于调查目的例如检测和评定个体是真实的还是欺骗的和/或个体是否具有对特定面容或物体的先验知识。本发明结合医疗脑成像、计算和神经系统科学中的最新发展以形成基于对脑部活动的直接测量的自动分析来检测欺骗和隐瞒的先验知识的准确和客观的方法。应用由欺骗模式发展的范例，并将其应用到观看媒介信息(例如影声讯息或电影、或公告)的个体，用数据来解释信息对个体的影响。这允许对媒介片断的内容进行有效处理以获得对目标人群或特殊个体的最大预期影响。
文档编号A61B5/04GK1516561SQ02811771
公开日2004年7月28日 申请日期2002年6月17日 优先权日2001年6月15日
发明者D·朗勒本, D 朗勒本 申请人:宾夕法尼亚州大学信托人