19 Полиграфия в определении эмоциональных состояний и детекция лжи.
Для оценки эмоционального состояния человека используются полиграфы. Слово “полиграф” состоит из двух частей: “поли” и “граф”, в переводе “много записей”. Таким образом, “полиграф” – это прибор, регистрирующий комплекс физиологических сигналов. Областей применения полиграфа очень много, от постоянного наблюдения за стационарными больными до контроля состояния человека-оператора и детекции лжи. В данной статье рассматриваются методы определения стресса у человека. С начала пределим, что такое стресс и можно ли его измерить. В Советском Энциклопедическом Словаре даны следующие определения: Стресс (от латинского stress - напряжение) - состояние напряжения, возникающее у человека или животного под влиянием сильных воздействий (см. Адаптационный синдром). Адаптационный синдром – совокупность защитных реакций организма человека или животного (преим. эндокринной системы) при стрессе. В А.с. различают стадии тревоги (мобилизации защитных сил), резистентности (приспособления к трудной ситуации), истощения (при сильном и длительном стрессе может закончиться смертью). Концепции А.с. и стресса выдвинул Г.Селье. Таким образом, в состоянии стресса в организме человека происходят изменения его физиологических параметров. Остается лишь определить, какие параметры меняются при стрессовой ситуации. Еще в глубокой древности было известно, что внутреннее состояние человека проявляется в его поведении и имеет выраженные внешние признаки (в мимике, жестах, цвете кожи, потоотделении и т.п.). Практически каждый народ имел те или иные способы определения правдивости человека. Чаще всего они основывались на физиологических реакциях организма при волнении, страхе, тревоге. Арабские бедуины, например, требовали, чтобы подозреваемый прикоснулся языком к раскаленному клинку, и тот, чей язык оказывался обожженным, считался виновным. В Китае допрашиваемый отвечал на вопросы с сухим рисом во рту, и, если он затем не мог полностью его выплюнуть, его признавали виновным. У англосаксов применялась сходная процедура, когда подозреваемому при допросе давали жевать сухой хлеб с сыром ("судебный ломоть"). Затруднения при глотании служили признаком обмана и виновности. С точки зрения психофизиологии все эти проверки на невиновность основывались на том, что при стрессе у человека замедляется слюноотделение, и ему сложнее прожевать сухую пищу, удалить изо рта рисовые зернышки или не обжечь кончик языка, касаясь горячего клинка. Одна из легенд повествует о князе, который использовал для раскрытия всех преступлений в своей стране следующий метод. Подозреваемых брали под стражу и отводили во дворец. Каждому из них говорили, что сейчас его заведут в комнату, где находится священный осел, который заревет, если его за хвост потянет виновный. Если его потянет за хвост невиновный, осел будет молчать. Помещение было темным, а хвост осла был намазан сажей. Логика князя была проста: только у виновного руки останутся чистыми, ибо только он будет бояться потянуть осла за хвост. В этом случае осла можно рассматривать как один из первых "детекторов лжи". В древней Индии допрашиваемому называли ряд слов, среди которых были слова, связанные с деталями преступления. Подозреваемый должен был отвечать первым пришедшим в голову словом и одновременно тихо ударять в гонг. Индусы заметили, что, отвечая на слово, связанное с преступлением, человек ударяет в гонг сильнее. Великий врач и мыслитель древности Авиценна узнавал о причинах тайных переживаний по изменению ритма и частоты сердцебиения. Он перечислял страдающему имена, названия мест, профессии т.д. и отмечал, какие из них сопровождались учащением или замедлением пульса. Таким способом Авиценне удавалось неоднократно определять скрытые источники тягостных переживаний человека, а порой и совершенные человеком дурные поступки. Используемые в этих приемах выяснения истины механизмы бессознательной (неосознаваемой) реакции организма и легли в последующем в основу создания детектора лжи. На рубеже ХХ века были разработаны методы инструментального исследования и записи показателей физиологического состояния человека: давления крови, частоты пульса и дыхания. Открытие биоэлектрических процессов в живом организме и успехи электроники обусловили возможность записи колебаний электрических потенциалов кожи, мышц, а позднее электрической активности мозга. Это дало ученым возможность создать первые регистраторы физиологических реакций человека - полиграфы. Однако их еще использовали только в научных исследованиях. Впервые применять такие приборы для дознания предложил итальянский криминалист Чезаре Ломброзо в 80-90-х годах девятнадцатого века. Ему же принадлежит заслуга в разработке одной из первых методик проверки. Заключение о виновности или невиновности подсудимого Ч.Ломброзо выносил на основании сравнительного анализа изменений частоты пульса и кровенаполнения сосудов кисти, возникающих при показе фотографий, связанных с преступлением, и фотографий, не имеющих к нему отношения. Способ Ч.Ломброзо и его книга "Человек, совершивший преступление", в которой автор описал ряд успешно расследованных им преступлений, в немалой степени способствовали дальнейшему развитию метода лайдетекции (т.е. методики применения полиграфов для выявления степени правдивости человека при ответах на вопросы). Уже на этом этапе Ч.Ломброзо особое внимание уделял методике проведения обследования, которая бы позволяла отделять волнение невиновного человека от страха преступника. Методы, предложенные Ч.Ломброзо, быстро нашли своих сторонников. Об успешном определении ложных ответов почти в 100 % случаев лабораторных экспериментов сообщил в 1914 г. итальянский физиолог Бенусси. Он утверждал, что после каждого вопроса, вызвавшего состояние напряженности, следует короткий "вздох облегчения". В 20-е годы появляются специальные приборы для обследований в режиме "детекции лжи" прототипы современного полиграфа. Американский криминалист Ларсон разработал полиграф, который регистрировал два показателя: дыхательные движения и кровяное давление. Его соотечественник криминалист Леонард Килер начал применять особую методику допроса с использованием сконструированного им же "детектора лжи", который одновременно регистрировал уже три параметра: дыхательные движения, относительное давление крови и электрическую активность кожи. С тех пор этот набор физиологических показателей является обязательным для любого полиграфа. Более того, Американская Полиграфическая Ассоциация считает этот набор обязательным и достаточным для проведения обследований в режиме "детекции лжи", что закреплено в ее регламентирующих документах. Сейчас для определения стресса используется множество физиологических сигналов дыхания, сердечной деятельности, КГР, двигательной деятельности (тремор), векодвигательный рефлекс, сверхмедленные колебания биопотенциалов мозга и т.д.
Электродермальная активность
Чувствительнейшим индикатором эмоционального состояния человека оказалась кожно-гальваническая реакция (КГР), определяемая по изменениям биоэлектрических параметров (разности потенциалов и импеданса) кожи рук. Она обусловлена колебаниями пресекреторной активности потовых желез, управляемой центральной нервной системы. Установлено, что на КГР преимущественно оказывают влияние факторы эмоционально-психической активности. Во время принятия решения амплитуда реакции максимизируется и уменьшается по мере выработки стереотипа ответных действий. Поскольку амплитуда КГР зависит от трудности задачи и условий окружающей среды, она используется для оценки эмоциональной напряженности человека. Сигнал КГР регистрируется при наложении электродов на пальцы испытуемого (обычно на указательный и безымянный пальцы). Существуют три способа регистрации сигнала:
По собственным потенциалам. При регистрации этим способом нет влияния на пациента, так как снимается разность потенциалов с электродов, на которые не подается ток или напряжение. Этот метод называется (по имени ученого, впервые зарегистрировавшего сигнал КГР) – КГР по Тарханову.
По электрическому импедансу. В этом случае при помощи электродов пропускается постоянный ток через пациента, а с электродов снимается напряжение, то есть регистрируется электрическое сопротивление. Значение тока не превышает 50 А. Этот метод называется методом Фере.
Известен импедансный метод, при котором на электроды подается переменное напряжение (до 80 Гц), а регистрируется ток, но этот метод не используется в задачах оценки эмоционального состояния.
Наибольшее распространение получил метод Фере. В этом случае измеряется активное сопротивление (реально регистрируется не сопротивление, а проводимость) кожи, что наиболее легко интерпретируется. При регистрации методом Фере существует две конструкции биоусилителей для регистрации КГР: с открытым и закрытым входами. В первом случае регистрируется зависимость проводимости от времени g(t). А во втором случае изменение проводимости от времени g(t)=dg/dt. Для оценки стресса обычно используют оба сигнала. Первый называют сигналом ЭКП (электрокожной проводимости), а второй КГР. В качестве в качестве меры эмоциональной напряженности используют амплитуду сигнала КГР.
Сердечно-сосудистая активность
В системах оценки эмоционального состояния также используется регистрация параметров сердечно-сосудистой системы. Информативной характеристикой является частота сердечных сокращений (ЧСС), сдвиги которой отражают общую реакцию на изменения внешней и внутренней среды, в том числе на воздействие эмоциогенных факторов. Широкое использование ЧСС для оценки эмоционального состояния человека объясняется также доступностью регистрации и устойчивостью к техническим помехам. Другой важной характеристикой является кровенаполнение (все знают, что от испуга у людей лица белеют, а от смущения краснеют). Наиболее адекватной методикой исследования стресс-реакции сердечно-сосудистой системы является фотоплетизмография (ФПГ). Эта методика обладает следующими достоинствами:
пульсовая составляющая сигнала ФПГ отражает реакцию мелких артерий, артериол, прекапилляров на эмоциональное состояние;
медленно меняющаяся компонента ФПГ характеризует кровенаполнение тканей и соответственно отражает реакцию крупных сосудов;
датчик сигнала ФПГ в максимальной степени биоадекватен, то есть атравматичен и удобен для пациента (надевается на палец).
В качестве меры эмоционального состояния берутся следующие характеристики: амплитуда пульсовой составляющей, ЧСС, амплитуда медленной компоненты (кровенаполнение) и высота дикротической волны. Выше говорилось об оценке эмоционального состояния по электродермальной и сердечно-сосудистой активности человека. Но, как известно, при регистрации сигнала на него накладываются шумы (или помехи), в том числе от влияния других физиологических процессов и систем. К таким помехам относятся артефакты дыхания и движения.
Дыхательная активность
Акт дыхания состоит из вдоха и выдоха. Во время вдоха диафрагма сплющивается и опускается и увеличивается вертикальный размер грудной полости. Диафрагма давит на брюшные мышцы и заставляет брюшную стенку выпячиваться. Это абдоминальное или диафрагменное дыхание, оно регистрируется датчиком нижнего дыхания (НДХ) по изменениям периметра брюшной полости. Когда диафрагма опускается, грудная увеличивается поперечный размер грудной клетки. Это дыхание регистрируется датчиком верхнего дыхания (ВДХ). Когда вдох заканчивается, объем грудной клетки уменьшается. Диафрагма поднимается, а грудина и ребра опускаются. Из-за упругих свойств хрящей, веса стенок грудной клетки и эластичных свойств легких грудная клетка возвращается в исходное положение. При этом воздух вытесняется из легких (выдох), а затем цикл повторяется. Процесс дыхания влияет на параметры сердечной деятельности. Например, длительность сердечного цикла зависит от того, в какой фазе дыхательного цикла он находится. При сбоях или изменениях режима дыхания также происходит изменение амплитуды КГР. Таким образом, регистрация сигнала дыхания позволяет отфильтровать часть физиологических помех из сигналов ФПГ и КГР. Сигналы ВДХ и НДХ и сами по себе информативны как индикаторы стрессового состояния. Информативными параметрами считаются: цикл дыхания (его продолжительность), амплитуда дыхания, отношение времени вдоха к времени выдоха (дробь дыхания), а также отношение этих параметров между НДХ и ВДХ.
Двигательная активность
Наибольшее влияние на КГР оказывают артефакты движения, а поскольку КГР считается наиболее информативным (в нем заложено около 60% информации о стрессе), возникает необходимость отсева артефактов движения из сигнала КГР. Для этого используют сигнал тремора регистрируемый пъезодатчиком по прогибу мембраны. Датчик располагается под ножками стула, на котором находится пациент, либо под рукой пациента, на которой находятся датчики ФПГ и КГР. Информативным параметром является амплитуда сигнала.
Расчет эмоциональной напряженности
Оценка эмоциональной напряженности (ЭН) испытуемого производится по полученным параметрам и по следующей формуле:
где: Аi - параметры физиологических сигналов в интервалах времени Т1 и T2; n - число параметров; Wi- весовые коэффициенты. Время Т1 - это время ответа организма на стимул, а время T2 – интервал времени до стимула, в котором пациент находился в спокойном состоянии. Обычные значения этих параметров Т1=20 с и T2=-10 с. Если в течение этих времен происходят артефакты не связанные с методикой тестирования, то тест к расчету не допускается.