李　放， 朱繪霖， 高倩倩， 胡自強(qiáng)， 郭　歡， 徐貴雄， 何賽靈

(1. 華南師范大學(xué)華南先進(jìn)光電子研究院，廣州 510006; 2. 華南師范大學(xué)心理學(xué)院，廣州 510631)

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自發(fā)說謊的光學(xué)腦成像研究

李放1,2， 朱繪霖1*， 高倩倩1,2， 胡自強(qiáng)1,2， 郭歡2， 徐貴雄1， 何賽靈1

(1. 華南師范大學(xué)華南先進(jìn)光電子研究院，廣州 510006; 2. 華南師范大學(xué)心理學(xué)院，廣州 510631)

摘要：基于功能性近紅外光譜技術(shù)，采用半自發(fā)說謊范式考察對(duì)個(gè)人信息自發(fā)說謊的神經(jīng)機(jī)制. 實(shí)驗(yàn)以26名大學(xué)生志愿者為研究對(duì)象，將其分為說謊組和控制組. 在說謊組中，要求研究對(duì)象對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行自發(fā)說謊；而在控制組中，要求研究對(duì)象對(duì)個(gè)人信息全部說真話. 研究采用含氧血紅蛋白增量作為神經(jīng)激活的指標(biāo). 結(jié)果表明，對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行自發(fā)說謊可引發(fā)左側(cè)額中回的顯著激活，不進(jìn)行自發(fā)說謊的則不引發(fā)前額皮層區(qū)域的顯著激活.

關(guān)鍵詞：自發(fā)說謊； 光學(xué)腦成像； 前額皮層

說謊是一種較復(fù)雜的心理活動(dòng)，包括抑制真相、產(chǎn)生新反應(yīng)、后果評(píng)估、了解他人心理狀態(tài)等多種心理過程[1-3]. 另外，說謊具有有意性和自愿性[4-5]. 由于受主試指導(dǎo)下的說謊行為不符合現(xiàn)實(shí)情境[6]，目前學(xué)者傾向采用自發(fā)說謊范式研究說謊機(jī)制，即允許被試按自己意愿對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行說謊或真實(shí)反應(yīng)[7]. 自發(fā)說謊范式分為半自發(fā)說謊范式和純自發(fā)說謊范式. 半自發(fā)說謊范式雖允許被試對(duì)實(shí)驗(yàn)材料自發(fā)反應(yīng)，但須明確提示被試實(shí)驗(yàn)的目的是達(dá)到欺騙效果，且對(duì)反應(yīng)模式有一定要求[4-6]. 而純自發(fā)說謊范式則沒有這些限制.

近年來，采用自發(fā)說謊范式中常用的假裝記憶缺陷范式的研究取得了一系列進(jìn)展. LEE等[8]研究表明，假裝記憶缺陷會(huì)引發(fā)雙側(cè)前額皮層區(qū)域與雙側(cè)扣帶區(qū)域等腦區(qū)的激活. 此后，LEE等[9]考察了假裝記憶缺陷與無意犯錯(cuò)2種心理活動(dòng)神經(jīng)機(jī)制的區(qū)別，結(jié)果表明，假裝記憶缺陷激活了腹外側(cè)前額皮層、后扣帶區(qū)域以及楔狀葉區(qū)域，而無意犯錯(cuò)沒有引發(fā)任何腦區(qū)的激活. 此外，采用其他自發(fā)說謊范式的研究也取得了進(jìn)展. BAUMGARTNER等[10]考察自發(fā)違背承諾的說謊神經(jīng)機(jī)制，提出違背承諾可引發(fā)背外側(cè)前額皮層、前扣帶回皮層及杏仁核的激活. ABE等[11]采用讓被試有機(jī)會(huì)自發(fā)選擇說謊并可獲得更多獎(jiǎng)勵(lì)的范式研究發(fā)現(xiàn)，不誠(chéng)實(shí)的被試在有機(jī)會(huì)說謊條件下，在額中回，額下回，海馬、前扣帶皮層區(qū)域有激活. 以上研究發(fā)現(xiàn)了自發(fā)說謊行為的普遍激活的腦區(qū). 其中，腹外側(cè)前額皮層(主要包括額下回)多與反應(yīng)抑制有關(guān)[3,12-13], 背外側(cè)前額皮層(主要包括額中回、額上回)多與推測(cè)他人心理狀態(tài)、產(chǎn)生新反應(yīng)有關(guān)[3,6]，而扣帶皮層區(qū)域多與后果期望、動(dòng)機(jī)、調(diào)節(jié)沖突等有關(guān)[3,14-15]. 其中，前額皮層區(qū)域是與自發(fā)說謊行為關(guān)系最密切的腦區(qū).

光學(xué)腦成像是一種新興的腦成像技術(shù). 其基本原理是：個(gè)體在認(rèn)知活動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)含氧血紅蛋白濃度的增加及脫氧血紅蛋白濃度的降低. 而近紅外光對(duì)組織有較強(qiáng)的穿透性，因此可通過計(jì)算出血液對(duì)近紅外光的吸收量，推算出相應(yīng)認(rèn)知活動(dòng)中含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白濃度的變化值[16-18].光學(xué)腦成像技術(shù)有較好的時(shí)間分辨率和空間分辨率[19]，目前普遍應(yīng)用于考察如語(yǔ)言、注意、記憶等認(rèn)知過程的神經(jīng)機(jī)制中[20-22]. 光學(xué)腦成像技術(shù)具有以下突出優(yōu)勢(shì)：(1)對(duì)微動(dòng)敏感度較低[23]；(2)使用簡(jiǎn)便、成本低；(3)適合對(duì)嬰兒等較特殊被試進(jìn)行測(cè)量[16-23]. 目前采用光學(xué)腦成像技術(shù)對(duì)說謊研究尚處于起步階段. 例如，DING等[24]采用光學(xué)腦成像技術(shù)初步研究了自發(fā)說謊的神經(jīng)機(jī)制，結(jié)果表明，被試說謊時(shí)會(huì)引發(fā)左側(cè)額上回的顯著激活.

1研究方法

1.1實(shí)驗(yàn)流程

采用功能性近紅外光譜技術(shù)(Functional near-infrared spectroscopy，簡(jiǎn)稱fNIRS)研究對(duì)個(gè)人信息自發(fā)說謊的神經(jīng)機(jī)制. 共26名大學(xué)生(男生11人，女生15人，年齡分布為19～26歲，平均年齡為23歲)參與了本實(shí)驗(yàn). 測(cè)試實(shí)驗(yàn)采用2(說謊組、控制組)×2(任務(wù)條件、基線條件)混合設(shè)計(jì)，組別為被試間變量，實(shí)驗(yàn)條件為被試內(nèi)變量.

首先，實(shí)驗(yàn)要求被試對(duì)個(gè)人信息的問題進(jìn)行判斷，這些問題關(guān)注被試前1天的行為(如：昨天你是否去學(xué)校外吃過飯？)或被試的固定信息(如：你是否有1個(gè)表弟？). 然后，研究者將被試隨機(jī)分為“說謊組”和“控制組”(每組各13人)，每組被試均需完成“任務(wù)條件”和“基線條件”. 每組的每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件包含32個(gè)問題，即每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件有32個(gè)隨機(jī)呈現(xiàn)的試次. 每個(gè)試次持續(xù)15.05 s, 因此整個(gè)實(shí)驗(yàn)條件持續(xù)481.60 s. 被試在完成1個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后進(jìn)行休息，休息好后按鍵進(jìn)入下一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件.

在每個(gè)組別中，對(duì)被試完成實(shí)驗(yàn)條件的順序進(jìn)行平衡(即一半被試先完成任務(wù)條件，后完成基線條件；另一半被試先完成基線條件，后完成任務(wù)條件). 在說謊組中，“基線條件”即讓被試對(duì)所有問題進(jìn)行真實(shí)反應(yīng)，而“任務(wù)條件”讓被試對(duì)所有問題進(jìn)行自發(fā)說謊；在控制組中，“基線條件”和“任務(wù)條件”均讓被試對(duì)所有問題作真實(shí)反應(yīng). 研究采用半自發(fā)說謊范式引發(fā)說謊情景. 在該范式中，研究者首先讓被試想像某種現(xiàn)實(shí)中需說謊的場(chǎng)景，告知實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的判斷達(dá)到這種欺騙目的，并對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的反應(yīng)作一定限制(如告知被試不能對(duì)所有實(shí)驗(yàn)材料說謊，因?yàn)樵趯?shí)際生活中這樣做容易被識(shí)別出來)[25]. 根據(jù)此方法，在“任務(wù)條件”開始前，主試要求被試想像一個(gè)被警方詢問的場(chǎng)景. 對(duì)于說謊組被試，主試讓被試想像是個(gè)逃犯，將會(huì)被警方詢問，要求其對(duì)接下來的問題進(jìn)行有策略的說謊以逃避懲罰. 而對(duì)于控制組被試，主試要求被試對(duì)接下來的問題全部如實(shí)回答.

將被試分為說謊組和控制組分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)，是基于以下2點(diǎn)考慮：(1)在測(cè)謊的實(shí)際應(yīng)用中，檢出說謊者和排除無辜者同等重要. 因此，不僅要考察說謊者在測(cè)謊任務(wù)中的神經(jīng)活動(dòng)，也要考察無辜者在測(cè)謊任務(wù)中的神經(jīng)活動(dòng)，才更有利于尋找能區(qū)分兩者的神經(jīng)指標(biāo)；(2)在現(xiàn)實(shí)生活中，個(gè)體在同一事件中只可能是犯罪者和無辜者的兩者之一. 若讓被試在同一實(shí)驗(yàn)中同時(shí)想象自己是犯罪者和無辜者來為自己辯護(hù)，可能造成額外的認(rèn)知沖突，影響實(shí)驗(yàn)效果. 因而這種設(shè)計(jì)具有更高的生態(tài)效度.

1.2測(cè)試方法

采用日本島津公司FOIRE-3000作為光學(xué)腦成像設(shè)備. 該設(shè)備包含3個(gè)波長(zhǎng)的近紅外光(780、805、830 nm)，采用14.29 Hz的采樣頻率進(jìn)行測(cè)量. 根據(jù)比爾朗伯吸收定律，血紅蛋白對(duì)近紅外光的吸收率可以轉(zhuǎn)換為血紅蛋白濃度的變化值(單位為任意單位). 本次實(shí)驗(yàn)使用42個(gè)測(cè)量通道，覆蓋被試的整個(gè)前額皮層(光纖頭架如圖1A)，每個(gè)通道輸出個(gè)體大腦皮層含氧血紅蛋白(HbO)、脫氧血紅蛋白(Hb)及總血紅蛋白(HbT)的濃度變化值.

選擇前額皮層作為測(cè)量區(qū)域的原因：第一，前額皮層在說謊的認(rèn)知機(jī)制中起到非常重要的作用. 雖在不同種類的說謊中，不同個(gè)體心理活動(dòng)具有類別和程度上的差異，但抑制真相、產(chǎn)生新反應(yīng)2種心理活動(dòng)存在于所有種類的說謊中，而這2種基本心理活動(dòng)又與前額皮層激活有最緊密的聯(lián)系[26-27]. 第二，由于前額皮層頭發(fā)較少，恰好是光學(xué)腦成像技術(shù)最為理想的測(cè)量區(qū)域, 因此，使用光學(xué)腦成像技術(shù)有利于針對(duì)性地尋找穩(wěn)定指標(biāo). 本文采用國(guó)際10-10定位系統(tǒng)[28](圖1B)定位前額皮層.

圖1光學(xué)腦成像光纖頭架及42個(gè)光學(xué)通道在前額皮層的位置

Figure 1Headgear for the optical brain imaging setup and the positions of 42 channels in the prefrontal cortex

選用含氧血紅蛋白(HbO)變化值進(jìn)行考察. 對(duì)fNIRS數(shù)據(jù)預(yù)處理如下：首先對(duì)被試數(shù)據(jù)采用Hemodynamic Response Function(簡(jiǎn)稱HRF) 去除頻率較高的噪音，再用 Wavelet-MDL去除漂移[24,29].然后，對(duì)每個(gè)被試在每種實(shí)驗(yàn)條件下的HbO變化值求平均值.考察2個(gè)組別在2種實(shí)驗(yàn)條件下HbO變化值的情況.

2結(jié)果與討論

2.1自發(fā)說謊引發(fā)前額皮層HbO的變化

對(duì)2組被試分別檢測(cè)“任務(wù)條件減去基線條件”后HbO的濃度變化(圖2). 相對(duì)于基線條件，說謊組的任務(wù)條件在通道25、36和42處HbO濃度明顯增加，而控制組任務(wù)條件在通道15處HbO濃度明顯增加.

采用光學(xué)腦成像技術(shù)考察對(duì)個(gè)人信息自發(fā)說謊的神經(jīng)機(jī)制，初步發(fā)現(xiàn)，對(duì)個(gè)人信息自發(fā)說謊可引發(fā)前額皮層的明顯激活，而未進(jìn)行自發(fā)說謊的條件下，前額皮層區(qū)域的激活相對(duì)不明顯.

從實(shí)驗(yàn)方法上，自發(fā)說謊范式允許被試者在實(shí)驗(yàn)過程中按自己意愿選擇真實(shí)反應(yīng)或說謊反應(yīng)，是一種更接近于現(xiàn)實(shí)生活情境的研究范式. 本文采用半自發(fā)說謊范式.然而，研究者在采用半自發(fā)說謊范式還是純自發(fā)說謊范式上產(chǎn)生了分歧. 事實(shí)上，2種范式各有優(yōu)劣：半自發(fā)說謊范式設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)化，容易控制，但其本質(zhì)并未完全脫離主試指導(dǎo)下的說謊，在提升生態(tài)效度方面有一定局限；自發(fā)說謊范式更接近真實(shí)場(chǎng)景，更具生態(tài)效度，但實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通常較復(fù)雜，許多因素難以控制. 例如，在有報(bào)酬的實(shí)驗(yàn)中，被試很可能因希望得到更多報(bào)酬而多次說謊，甚至全部說謊. 但也有一些研究結(jié)果由于說謊暗示太過明顯，又存在被試說謊反應(yīng)偏少的情況[30].

圖2　2組被試“任務(wù)條件減去基線條件”的HbO濃度變化

2.2HbO濃度變化

為更精確考察2組任務(wù)條件相對(duì)于基線條件的HbO改變，以通道15、25、36和42作為感興趣的區(qū)域(ROI)(表1)，分別進(jìn)行2×2重復(fù)測(cè)量方差分析，組別作為組間因子，實(shí)驗(yàn)條件作為組內(nèi)因子.

表12組被試在相應(yīng)ROI中HbO濃度變化值(平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差)

Table 1Changes in HbO concentration of the corresponding ROIs from two groups (mean±standard deviation)

a.u.

對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行撒謊的研究表明：一方面，相對(duì)于基線條件，對(duì)個(gè)人信息自發(fā)說謊會(huì)引發(fā)顯著的左側(cè)額中回區(qū)域激活. 這與以往研究既有類似又有區(qū)別. 左側(cè)額中回區(qū)域激活的結(jié)果與BROWNDYKE等[31]、JIANG等[32]95使用其他范式的自發(fā)說謊研究的結(jié)果基本一致. 但DING等[24]采用fNIRS考察自發(fā)說謊神經(jīng)機(jī)制表明，自發(fā)說謊引發(fā)了左側(cè)額上回的激活. 造成差異的可能原因是，DING采用純自發(fā)說謊范式，被試沒有預(yù)先被告知需有策略地說謊，因此被試要花更多的努力去設(shè)計(jì)具體的反應(yīng)模式，而計(jì)劃則是額上回的主要功能之一[29]. 然而，DING在實(shí)驗(yàn)流程上，讓被試者對(duì)猜硬幣的結(jié)果進(jìn)行自發(fā)說謊，其現(xiàn)實(shí)意義不及個(gè)人信息大，被試者不需過努力去抑制真相，因此沒有體現(xiàn)出包含抑制功能的腦區(qū)激活. 而在本研究中，被試者對(duì)個(gè)人信息自發(fā)說謊會(huì)激發(fā)其更強(qiáng)的抑制努力. 由于額中回與抑制控制、產(chǎn)生新反應(yīng)的功能有密切關(guān)系[29]，因此，本研究說謊的激活集中體現(xiàn)在左側(cè)額中回. 另一方面，本研究發(fā)現(xiàn)對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行真實(shí)反應(yīng)沒有引發(fā)左側(cè)額中回區(qū)域的顯著激活. 表明左側(cè)額中回區(qū)域可能是對(duì)個(gè)人信息自發(fā)說謊的專屬激活腦區(qū). 在實(shí)際測(cè)謊應(yīng)用中，此區(qū)域有助于較好地區(qū)分說謊者和無辜者.

為避免多重比較誤差，F(xiàn)檢驗(yàn)的P值采用P=0.05/4≈0.013標(biāo)準(zhǔn)(Bonferroni多重比較矯正). 結(jié)果表明，在通道42(右側(cè)額下區(qū)域)上，組別的主效應(yīng)顯著(P=0.007<0.013)，說謊組的HbO增加量顯著大于控制組，而實(shí)驗(yàn)條件的主效應(yīng)及組別與實(shí)驗(yàn)條件的交互效應(yīng)均不顯著(Pmin>0.013). 而在通道36(左側(cè)額中回區(qū)域)上，組別與實(shí)驗(yàn)條件的主效應(yīng)不顯著(P>0.013), 組別與實(shí)驗(yàn)條件的交互效應(yīng)顯著(P=0.005<0.013). 簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，說謊組在任務(wù)條件的HbO增量顯著大于基線條件，而控制組在任務(wù)條件與基線條件的HbO增量沒有顯著差異(圖3). 另外，通道15、25的組別、實(shí)驗(yàn)條件的主效應(yīng)以及組別與實(shí)驗(yàn)條件的交互效應(yīng)均不顯著(Pmin>0.013).

圖3　2組被試在2種實(shí)驗(yàn)條件中通道36的HbO變化值

Figure 3Changes of HbO in Channel 36 of two conditions from two groups

將來的研究若要將測(cè)謊技術(shù)應(yīng)用于司法領(lǐng)域，則有必要將自發(fā)說謊范式應(yīng)用到特殊被試群體中，以揭示自發(fā)說謊神經(jīng)機(jī)制的個(gè)體差異和測(cè)謊指標(biāo)的一致性. 例如，JIANG等[32]以反社會(huì)人格障礙青少年作為研究對(duì)象，采用圖片選擇任務(wù)，要求被試首先從10張中性圖片中隨機(jī)選出3張，接著呈現(xiàn)一系列圖片，讓被試判斷呈現(xiàn)的圖片是否是被試自己挑選出來的3張圖片之一. 在自發(fā)說謊條件中，要求被試有策略地說謊. 結(jié)果表明，相比真實(shí)條件，自發(fā)說謊條件在雙側(cè)背外側(cè)前額皮層、雙側(cè)額中回、左側(cè)緣上回、雙側(cè)前扣帶回等區(qū)域有顯著激活. 研究表明，反社會(huì)人格障礙青少年與普通人在自發(fā)說謊中存在相似的神經(jīng)機(jī)制.

3結(jié)論

基于功能性近紅外腦成像技術(shù)，采用半自發(fā)說謊范式考察對(duì)個(gè)人信息自發(fā)說謊的神經(jīng)機(jī)制. 實(shí)驗(yàn)以26名大學(xué)生為研究對(duì)象，要求說謊組和對(duì)照組對(duì)個(gè)人信息分別進(jìn)行自發(fā)說謊和全部說真話，對(duì)2組對(duì)象的腦活動(dòng)采取近紅外腦成像，監(jiān)控腦活動(dòng)引起的腦組織中含氧血紅蛋白(HbO)、脫氧血紅蛋白(Hb)及總血紅蛋白(HbT)相對(duì)含量變化量，采用含氧血紅蛋白增量作為神經(jīng)激活的指標(biāo)，檢測(cè)感興趣區(qū)域的顯著激活. 發(fā)現(xiàn)對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行自發(fā)說謊可引發(fā)左側(cè)額中回的顯著激活，而未進(jìn)行自發(fā)說謊的條件下前額皮層區(qū)域沒有出現(xiàn)顯著激活.

基于光學(xué)腦成像技術(shù)這一可靠、便利、成本低的測(cè)量技術(shù)，采用自發(fā)說謊這一生態(tài)效度較好的范式的研究結(jié)果，揭示了前額皮層在自發(fā)說謊中的神經(jīng)機(jī)制，為自發(fā)說謊提供了有效的測(cè)謊指標(biāo)，有助于進(jìn)一步展開測(cè)謊的應(yīng)用研究.

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【中文責(zé)編：譚春林英文責(zé)編：肖菁】

Optical Brain Imaging of Spontaneous Deceptions

LI Fang1,2, ZHU Huilin1*, GAO Qianqian1,2, HU Ziqiang1,2, GUO Huan2, XU Guixiong1, HE Sailing1

(1. South China Academy of Advanced Optoelectronics, South China Normal University, Guangzhou 510006, China;2. School of Psychology, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

Abstract：The characteristics, classification and experimental paradigm of spontaneous deceptions are studied. By introducing optical brain imaging technique, the advantages of using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) to examine neural mechanism of spontaneous deceptions are summarized, and the relevant studies are reviewed. The recent study shows that, spontaneous lie to personal information is associated with activation of the left middle frontal gyrus. This result once again proves significance of the prefrontal cortex during spontaneous deceptions and the feasibility of utilizing fNIRS to detect the cortical response to deception.

Key words：spontaneous deceptions; optics brain imaging; the prefrontal cortex

中圖分類號(hào)：O439

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào):1000-5463(2016)01-0024-06

*通訊作者:朱繪霖，博士后，Email: huilin.zhu@coer-scnu.org.

基金項(xiàng)目：中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2015M580725);廣東省自然科學(xué)基金-博士啟動(dòng)項(xiàng)目(2014A030310502);廣東省引進(jìn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目(201001D0104799318)

收稿日期：2015-05-10《華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》網(wǎng)址：http://journal.scnu.edu.cn/n