Функциональная визуализация головного мозга для обнаружения и оценки обмана и скрытого признания, и когнитивной/эмоциональной реакции на информацию

Авторы патента:

G06Q50 - Вычисление; счет (счетные устройства для подсчета очков при играх A63B 71/06,A63D 15/20,A63F 1/18; комбинации счетных устройств с пишущими приспособлениями B43K 29/08)

G06F19 - Устройства или способы цифровых вычислений или обработки данных для специальных применений (G06F 17/00 имеет преимущество)

G01N24/08 - с использованием ядерного магнитного резонанса (G01N 24/12 имеет преимущество)

A61B5/16 - устройства для проведения психологических опытов (испытания профессиональных способностей G09B 1/00-G09B 5/00); испытание на быстроту реакции

A61B5/055 - с применением электронного или ядерного магнитного резонанса (ЯМР), например получение изображения с помощью магнитного резонанса (устройства или приборы для измерения переменных магнитных величин с применением электронного или ядерного магнитного резонанса вообще G01R 33/20)

A61B5/04 - измерение биоэлектрических сигналов организма или его частей

Владельцы патента RU 2296508:

ДЗЕ ТРАСТИЗ ОФ ДЗЕ ЮНИВЕРСИТИ ОФ ПЕНСИЛЬВАНИЯ (US)

Изобретение относится к методам обнаружения и оценки обмана и скрытого признания. Способ и устройство для обнаружения обмана и скрываемых предшествующих сведений, а также для интерпретации влияния медийной информации на индивидуума основано на автоматическом или полуавтоматическом анализе непосредственных измерений активности головного мозга с использованием функциональной магниторезонансной визуализации. Предлагаемое изобретение позволяет добиться обнаружения и оценки обмана и скрытого признания и определить когнитивную/эмоциональную реакцию индивидуума на аудиовизуальную медийную информацию. 5 н. и 24 з.п.ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Ссылка на родственные заявки

По этой заявке испрашивается приоритет согласно заявке 60/298780, поданной 15 июня 2001, полностью включенной в настоящую заявку посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области использования для исследовательских целей измеренных изменений активности головного мозга человека способами функциональной визуализации головного мозга, например, для обнаружения и оценки того, является ли человек правдивым или вводящим в заблуждение, обладает ли человек предшествующими сведениями относительно определенного лица или предмета, а также для определения когнитивной/эмоциональной реакции человека на сообщения средств массовой информации.

Предпосылки создания изобретения

В результате последних достижений в области визуализации изображений головного мозга с медицинской целью, в вычислительной технике и в неврологии появилась возможность создания точного и объективного способа, основанного на автоматическом анализе измерений активности головного мозга, с помощью функциональной визуализации головного мозга, предназначенного для идентификации когнитивных действий, имеющих исключительную практическую важность, а именно для 1) обнаружения обмана и скрываемых предшествующих сведений и 2) оценки влияния аудиовизуальных средств массовой информации на целевую аудиторию.

Обман имеет важные юридические, политические и экономические последствия. Поэтому существует большой всеобщий интерес к объективным способам обнаружения с высокой степенью определенности случая, когда человек намеренно лжет (Holden, Science 291: 967 (2001)). В соответствии с традиционным подходом обман другого человека является намеренным отрицанием объективной истины (Eck, In: Lies and truth, McMillan, New York (1970)). В этой концепции предполагается, что уклонение от правдивого ответа является предпосылкой намеренного обмана.

В настоящее время многоканальная регистрация физиологических параметров (полиграф) представляет собой наиболее широко используемый способ обнаружения обмана. Испытания на основе полиграфа базируются на периферических проявлениях беспокойства (проводимость кожи, частота сердечных сокращений и дыхание), которые, как предполагается, вызываются обманом (Office of Technology Assessment, 1983). Точность такого способа ограничена изменчивостью связи между обманом и беспокойством от человека к человеку и у одного и того же человека в различные моменты времени (Steinbrook N).

Кроме того, в виде эксперимента для обнаружения обмана используют регистрируемые на волосистой части головы, связанные с событиями потенциалы (ССП). Волна Р-300 (Р-3), обусловленная ССП, возникает как реакция на редкие существенные раздражители с временем запаздывания от 300 до 1000 мс (Rosenfeld, In: Handbook of polygraphy (Kleiner, ed.), pp.265-286, Academic Press, New York, 2001). Эти последовательности осцилляции напряжения, которые отражают нейронную активность, связанную с сенсорным, двигательным или когнитивным событием, обеспечивают высокое временное разрешение, но их источник в головном мозгу не может быть локализован однозначно (Hillyard et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA 95: 781-787 (1998)). В результате ССП отражает кортикальную активность с высоким временным, но с низким пространственным разрешением. Хотя в лабораторных условиях амплитуду и время запаздывания волны Р-300 ССП соотносят с обманом, но эти результаты исследования не удается успешно распространить на способ достоверного обнаружения лжи (Rosenfeld, 2001). Поэтому в области техники, к которой относится изобретение, остается необходимость в разработке непротиворечивого, корректного и эффективного способа и системы для обнаружения обмана объективным, а не субъективным путем. Поскольку при обмане настроение и соматическое состояние различны у разных людей, оправданным является поиск признака обмана, не зависящего от беспокойства или сознания вины.

Визуализация головного мозга с медицинской целью: во всех устройствах для визуализации головного мозга используют энергию для исследования представляющей интерес области и формируют цифровое изображение, которое может быть отображено графически и подвергнуто статистической обработке. При магниторезонансной визуализации энергия, используемая для построения изображений, представляет собой высокочастотную электромагнитную волну. При визуализации головного мозга с медицинской целью главная задача заключается в выявлении либо структуры головного мозга, либо функции головного мозга. Структурная визуализация характеризуется высоким пространственным разрешением и используется для обнаружения устойчивых анатомических изменений в головном мозгу, таких, какие происходят после инсультов или в результате дегенеративных заболеваний головного мозга (например, болезни Альцгеймера). Высокое пространственное разрешение достигается за счет временного разрешения, то есть при структурной визуализации невозможно обнаруживать быстрые изменения в головном мозгу во время когнитивной или другой активности.

Как при функциональной, так и структурной визуализации получают цифровые двумерные или трехмерные карты головного мозга, которые отражают плотность тканей (серое вещество, белое вещество, жидкость, опухоль и т.д.) или степень активности головного мозга (например, скорость потока крови или метаболизм). Функциональную визуализацию головного мозга осуществляют посредством той же самой аппаратуры визуализации, что и для структурной визуализации, чтобы обнаруживать обратимые изменения в головном мозгу, которые возникают во время когнитивной, двигательной или сенсорной активности, такой как постукивание пальцем, припоминание или сознательное введение в заблуждение. Это требует получения изображений головного мозга человека с частотой порядка нескольких секунд (всего головного мозга) или десятков миллисекунд (одного среза головного мозга), что намного быстрее, чем это возможно при использовании структурной визуализации.

Функциональная магниторезонансная визуализация охватывает группу способов магниторезонансной визуализации, характеризующихся быстрым получением высокочастотных сигналов, отражающих один из параметров региональной нейронной активности в головном мозгу, например повышенный региональный церебральный кровоток или изменение доли оксигенированного гемоглобина, связанное с повышенной метаболической активностью группы клеток головного мозга, осуществляющих определенную двигательную, сенсорную или когнитивную активность. Преимущество магниторезонансной визуализации перед электроэнцефалографией заключается в том, что оказывается возможным локализовать источник измененного сигнала с пространственным разрешением порядка 3 мм, тогда как при электроэнцефалографии невозможно с уверенностью определять источник сигнала.

Магниторезонансная визуализация с учетом степени оксигенирования крови представляет собой вариант функциональной магниторезонансной визуализации, которая чувствительна к изменению соотношения между оксигенированным и деоксигенированным гемоглобином в небольших кровеносных сосудах, питающих кластеры нейронов головного мозга. Однако функциональная магниторезонансная визуализация с учетом степени оксигенирования крови позволяет определять только отношение оксигенированного гемоглобина к деоксигенированному, но не само абсолютное значение регионального церебрального кровотока. Вследствие этой особенности функциональной магниторезонансной визуализации с учетом степени оксигенирования крови требуется, чтобы базовое состояние, с которым необходимо сравнивать активность головного мозга в состоянии, представляющем интерес, включалось в каждый эксперимент с использованием функциональной магниторезонансной визуализации с учетом степени оксигенирования крови. Упомянутое соотношение тесно связано с нейронной интенсивностью обмена веществ, которая, в свою очередь, сильно коррелированна с активностью нейронов (Chen, 1999). Поэтому изменение соотношения между оксигенированным и деоксигенированным гемоглобином является показателем активности нейронов в головном мозгу.

В настоящее время способ функциональной магниторезонансной визуализации с учетом степени оксигенирования крови используется наиболее часто, однако, другие способы функциональной магниторезонансной визуализации, такие как функциональная магниторезонансная визуализация с маркировкой артериальным спиновым эхом, могут использоваться взаимозаменяемым образом со способом, учитывающим степень оксигенирования крови (Aguirre et al., Neuroimage 15: in press (2002)). В других способах функциональной магниторезонансной визуализации можно получать абсолютные значения регионального церебрального кровотока.

Последние достижения в области повышения скорости вычислений и памяти позволяют получать изображение одного 4-миллиметрового среза головного мозга меньше чем за 100 мс. Двадцать 4-миллиметровых срезов охватывают большую часть коры головного мозга, обеспечивая возможность получения изображения всего головного мозга каждые 2 с. Картина изменения соотношения между оксигенированным и деоксигенированным гемоглобином одинакова для ряда когнитивных и сенсорных задач и называется функцией гемодинамической реакции. Получение изображений всего головного мозга через каждые 1-6 с обеспечивает возможность контроля и отображения характеристики функции гемодинамической реакции для отдельных раздражителей в течение когнитивных процессов.

В отличие от метода ССП, пространственное разрешение функциональной магниторезонансной визуализации превышает пространственное разрешение любого другого способа визуализации головного мозга, в то время как временное разрешение является достаточным для различения регионального церебрального кровотока или изменений соотношения между оксигенированным и деоксигенированным гемоглобином, происходящих в ответ на любые группы (блоки) когнитивных событий или на одиночное когнитивное событие (например, в ответ на вопрос, промелькнувший на экране) (Chen et al., In Functional MR, B.P.Moonen and Bandettini, eds., pp.103-114, Springler-Verlag, New York, 1999).

Частота и порядок следования раздражителей, которые включены в задачу функциональной магниторезонансной визуализации, связанной с событиями, влияют на статистическую мощность испытания. Еще недавно частота функции гемодинамической реакции головного мозга (1 цикл приблизительно за 15 с) ограничивала скорость представления раздражителей до одного за 15 с. В появившейся недавно работе показан основанный на преобразовании Фурье способ деконволюции характеристики функции гемодинамической реакции на отдельные раздражители, которые представляются с большей частотой по сравнению с частотой функции гемодинамической реакции в случае, если интервалы между раздражителями являются переменными. Такие парадигмы названы «функциональной магниторезонансной визуализацией, связанной с событиями с получением быстрого нервного возбуждения» (Burock et al., NeuroReport 9: 3735-3739 (1998). Этот способ обеспечивает возможность увеличения на порядок амплитуды для ряда раздражителей, представляемых в единицу времени, и поэтому повышения статистической мощности. Парадигмы, которые эффективны при скорости представления раздражителей в количестве одного за 15 с, могут быть преобразованы в парадигму функциональной магниторезонансной визуализации, связанной с событиями, с получением быстрого нервного возбуждения, чтобы путем такого подхода максимизировать статистическую мощность.

Функциональная магниторезонансная визуализация позволяет получать 2-мерные карты «необработанных» сигналов магниторезонансной визуализации, которые не имеют смысла до вычитания из карт, полученных при базовых или сравнительных состояниях (Friston et al., 1995а, 1995b). Например, при исследовании реакции на свет активность в затылочной коре головного мозга вычитается из активности в той же области в темноте. Разрешение системы определяет размер наименьшего элемента 3-мерного изображения, который задает «воксел» и обычно представляет куб со стороной от 3 до 4 мм. Ключевые этапы при анализе изображений функциональной магниторезонансной визуализации включают в себя коррекцию движения, 3-мерную реконструкцию 2-мерных данных, плавное преобразование изображения головного мозга каждого человека к стандартному шаблону с использованием системы координат отображения (Talairach et al., 1998). Результирующее статистическое изображение обеспечивает возможность однозначной локализации и последующих сравнений базовых и целевых состояний внутри объектов и между объектами. Сравнения заключаются в последовательных вычитаниях сигналов магниторезонансной визуализации от воксела к вокселу в двух любых состояниях (например, активности при виде знакомого лица в противоположность незнакомому лицу), выполняемых для всего головного мозга. Значимость различий определяют, используя два известных t-критерия Стьюдента, дисперсионный анализ или многофакторный дисперсионный анализ, в зависимости от наличия дополнительных, не связанных с изображением, представляющих интерес ковариат, таких как полиграфические переменные, пол, привычка пользоваться преимущественно левой или правой рукой или, в этом применении, родной язык. Область, обычно включаемая в анализ, по порядку величины часто составляет 20-30000 вокселов, вследствие чего для многократных сравнений требуется коррекция. Конечным результатом этого процесса обычно является карта указанных выше пороговых различий между двумя состояниями, выраженных в виде значений t и F.

Дальнейшее развитие анализа функциональной магниторезонансной визуализации для случая когнитивных функций более высокого порядка заключается в возможности использования функциональной магниторезонансной визуализации для различения картин активности головного мозга при реакции на хорошо знакомое лицо или предмет в противоположность новому лицу или предмету (Opitz et al., Cereb. Cortex 9: 379-391 (1999); Senior et al., Cognitive Brain Research 10: 133-144 (2000); Wiser et al., J.Cogn.Neurosci. 12: 255-266 (2000)). Анализ показывает, что этот эффект проявляется даже в отсутствие осведомленности (Milner, Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 352 (1358): 1249-1256 (1997); Berns et al., Science 276: 1272-1275 (1997)). Более того, различные части головного мозга активизируются в ответ на воздействие аудиовизуальных раздражителей (например, средств информации) различных семантических категорий (например, лиц в сопоставлении с мебелью (Ishai et al., J. Cogn. Neurosci. 12: 35-51 (2000); Haxby et al., Science 293: 2425-2430 (2001); Haxby et al., Biol. Psychiatry 51: 59-67 (2000)).

Оценка воздействия аудиовизуальной медийной информации на целевую аудиторию представляет интерес для производителей такой информации (рекламодателей, кинематографистов). В настоящее время такие оценки обычно делают путем крупномасштабных и дорогостоящих исследований субъективных впечатлений целевой аудитории, осуществляя слежение за зрительской аудиторией (нильсеновский рейтинг), а также эмпирически. Такие способы являются дорогостоящими и ограниченными в возможности предсказания реакции. Кроме того, они не обеспечивают возможности объективного тестирования до завершения сегмента информации путем моментальной оценки, которая могла бы давать возможность изменять содержание и форму в процессе производства. Недавно первая попытка использовать электроэнцефалографию/связанные с событиями потенциалы для оценки реакции головного мозга на воздействие средств информации была сделана Rossiter, J. Advertising Res. 41 (Mar-Apr 2001).

Однако описанные выше недостатки способа для обнаружения обмана с помощью электроэнцефалографии ограничивают полезность этого способа для оценки влияния средств информации. В результате в области техники, к которой относится изобретение, существует необходимость в надежном и тем не менее простом, неинвазивном способе или системе для предсказания воздействия сообщений средств информации на аудиторию или секторы аудитории.

Проверка на осознание вины: проверка на осознание вины представляет собой способ допроса при использовании полиграфа, способствующего психофизиологическому обнаружению предшествующей осведомленности относительно деталей преступления, которые должны быть известны только подозреваемому, замешанному в преступлении (Lykken et al., Integr. Physiol. Behav. Sci. 26: 214-222 (1991); Elaad et al., J. Appl. Psychol. 77: 757-767 (1992)). Проверка на осознание вины была адаптирована для моделирования обмана в психофизиологии (Furedy et al., Psychophysiology 28: 163-171 (1991); Furedy et al., Int. J. Psychophysical. 18: 13-22 (1994); Elaad et al., Psychophysiology 34: 587-596 (1997)) и в исследованиях потенциалов, связанных с событиями (Rosenfeld et al., Int. J. Neurosci. 42: 157-161 (1988); Farwell et al., Psychophysiology 28: 531-547 (1991); Alien et al., Psychophysiology 29: 504-522 (1992)). При типовых лабораторных исследованиях потенциалов, связанных с проверкой на осознание вины, человека инструктируют отвечать «Нет» в ответ на серию вопросов или утверждений, на некоторые из которых, что известно как испытателю, так и участнику, ответ должен быть «Да»; однако участник может не подозревать об осведомленности испытателя. Существенное различие между судебной и лабораторной проверкой на осознание вины заключается в том, что в последнем случае обман подтверждается испытателем (Furedy et al., 1991).

До сих пор в соответствии с традиционным определением обмана совершение обмана при экспериментах не может восприниматься человеком как аморальный поступок и наряду с этим, вероятно, в меньшей степени вызывает ощущение вины или беспокойства по сравнению с судебным вариантом. Следовательно, способ, который является чувствительным к обману, в экспериментальных условиях, вероятно, не должен быть связан с причинением беспокойства и, следовательно, свободен от ограничений полиграфа.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения, особенно в свете недавних террористических действий в отношении Соединенных штатов, заключается в создании системы и способа или показателя, обеспечивающих возможность объективной оценки обмана со стороны человека; следовательно, обеспечивающих возможность достоверного обнаружения преступного умысла и сговора до того, как невиновным сторонам будет нанесен ущерб обманом. Информация относительно людей или группы людей, сговаривающихся совершить террористические акты или торговать наркотиками, является одним из наиболее важных факторов для защиты общества путем борьбы с ними и предотвращения их деятельности. Принципы демократии ограничивают средства, доступные для органов полиции, предназначенные для допроса подозреваемых и их соучастников, в то время как намеренный обман снижает значение и достоверность любой получаемой информации.

В настоящее время общепринято использовать только полиграф, объективное устройство для допроса. Но, как показано ранее, достоверность и точность результатов полиграфа находятся под вопросом, поскольку полиграф позволяет контролировать только периферические явления со стороны нервной системы. Однако головной мозг человека, не относящийся к периферической нервной системе, является конечным местом нахождения информации, которую пытаются найти испытатели. Кроме того, изменчивость результатов полиграфа может также возникать в связи с эмоциональным возбуждением (сознанием вины или беспокойством) наряду с преднамеренной ложью. Ложные положительные результаты характерны для беспокойных людей при проведении отбора из большого числа большей частью невиновных людей, что имело место при расследовании в связи с распространением микробов сибирской язвы. Ложные отрицательные результаты особенно вероятны для подозреваемых, обученных способам противодействия испытанию на полиграфе, и для лиц с ненормальной реакцией от беспокойства до стресса. Люди с антисоциальной личностью, склонные к нарушениям, которые обычно имеют преступное прошлое, могут иметь сниженный уровень беспокойства по отношению к множеству раздражителей, включая допрос.

Поэтому основная задача настоящего изобретения заключается в создании системы общего применения и способа для обнаружения лжи, основанных на автоматическом или полуавтоматическом анализе данных активности головного мозга, полученных путем непосредственной визуализации и отображения активности головного мозга человека с помощью функциональной магниторезонансной визуализации или других способов измерения кровотока головного мозга и оксигенирования.

Задача настоящего изобретения также заключается в создании способа и системы, в которых использованы принципы, изложенные в парадигме обмана применительно к функциональной магниторезонансной визуализации, с целью обнаружения обмана, относящегося к знакомству, например к опознанию лица. Конкретно, с помощью этой системы и способа будет определяться, сообщает человек правду или ложь и был ли он прежде знаком с другим человеком или близко знаком с конкретным предметом.

Для тестового исследования, представленного в примере 1, предложена парадигма, которая затем подвергается видоизменению и для которой формируются нормативные значения, чтобы определить влияние существенных типов изменчивости человека (например, пола, родного языка, привычки пользоваться преимущественно одной рукой и т.п.) на характеристики реакции головного мозга, определенные в настоящем исследовании. Полученный таким образом прототип является полезным для тестирования «реальной жизни» подозреваемых. Результаты тестирования прототипа показали, что (а) когнитивные различия между обманом и правдой имеют нервные корреляты, обнаруживаемые с помощью функциональной магниторезонансной визуализации человека; (b) изменение правдивой реакции является основным компонентом намеренного обмана; (с) передняя поясная кора и предлобная кора головного мозга являются компонентами основной нервной цепи, активизируемой в людях во время обмана; и (d) магниторезонансная визуализация является многообещающим и эффективным способом при исследовании обмана и других когнитивных процессов, релевантных для обнаружения лжи, таких как опознание ранее виденных предметов, использование которого предоставляет в значительной степени новые возможности для защиты и судопроизводства, а также для применения во многих других областях, в которых обнаружение обмана имеет значение.

Для тестового исследования, представленного в примере 3, предложена парадигма, которая затем видоизменена и для которой сформированы нормативные значения, чтобы определить влияние существенных видов изменчивости человека (например, пола, социально-экономического положения, возраста и т.п.) на характеристики реакции головного мозга, определенные в настоящем исследовании. Полученный таким образом прототип является полезным для тестирования реальных сегментов средств информации. Результаты тестирования прототипа показывают, что (а) когнитивные различия между двумя сегментами средств информации различной семантической и эмоциональной важности имеют нервные корреляты, обнаруживаемые с помощью функциональной магниторезонансной визуализации; (b) сигнал магниторезонансной визуализации является коррелированным с субъективными эмоциями, наведенными сегментом средства информации; и (с) магниторезонансная визуализация является многообещающим и эффективным способом при исследованиях групповой и индивидуальной реакции на средство информации и при манипулировании содержанием средства информации и формой для достижения оптимальных желательных и минимизации нежелательных реакции и влияния.

Дополнительные задачи, преимущества и новые признаки изобретения будут изложены в описании, примерах и на сопровождающих чертежах, а отчасти станут очевидными для специалистов в области техники, к которой относится изобретение, при рассмотрении изложенного ниже или могут изучаться при практическом применении изобретения.

Описание чертежей

Приведенное выше краткое описание, а также последующее подробное описание изобретения будут более понятными при чтении в сочетании с приложенными чертежами. С целью иллюстрации изобретения на чертежах показаны некоторые варианты осуществления, которые в настоящее время являются предпочтительными. Однако должно быть понятно, что изобретение не ограничено именно показанными компоновками и средствами.

фиг.1 - фрагмент из компьютеризированной проверки на осознание вины, приспособленный для функциональной магниторезонансной визуализации, связанной с событиями. Каждая карта «Правды» (двойка червонной масти), «Лжи» (пятерка трефовой масти) и «контрольная» (десятка пиковой масти) представлялась 16 раз, каждая нецелевая карта представлялась дважды. Время представления раздражителя составляло 3 с, интервал между раздражителями 12 с, суммарное число представлений 88. Последовательность представлений была случайной (задаваемой случайным образом);

фиг.2 - картина статистического параметрического отображения {t}, спроецированная в пределах стандартного шаблона магниторезонансной визуализации, на которой видно значительное возрастание сигнала функциональной магниторезонансной визуализации после «Лжи» по сравнению с «Правдой» от передней поясной коры, медиальной правой лобной верхней извилины, границы левой предлобной коры, левой тыльной премоторной коры и левой передней теменной коры. Порог Р ниже 0,01; при коррекции для пространственного расширения Р<0,05;

фиг.3 - среднее из статистически значимых различий регионального церебрального кровотока у трех пациентов с наркотической зависимостью при просмотре ими видеоизображения, содержащего фрагменты, связанные с героином, в сопоставлении с нейтральными фрагментами, при этом отображения получены с помощью функциональной магниторезонансной визуализации с обозначением артерий спиновым эхом; и

фиг.4 - диаграмма, иллюстрирующая высокий уровень положительной корреляции между наблюдаемой субъективной эмоцией вследствие тяги к употреблению наркотика и интенсивностью сигнала магниторезонансной визуализации в среднем мозгу пациентов, пристрастившихся к наркотику.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Обман, в особенности «преднамеренный обман», представляет собой действие, подразумевающее создание в уме обманываемого человека восприятия реальности, которая отличается от реальности человека, совершающего обман, и фактически обычно отличается от объективной реальности. Этим изобретением предоставляются устройство и способ, согласно которым региональная активность головного мозга обманывающего человека, выявляемая при сдерживании правдивой реакции человека, включает в себя признак преднамеренного обмана. Использование изобретения позволяет осознать по меньшей мере следующее: (1) различия в активности головного мозга человека, который лжет, и того же самого человека, говорящего правду, могут быть обнаружены и локализованы с помощью функциональной магниторезонансной визуализации; и (2) в случае нормального взрослого человека парадигма, моделирующая обман, например проверка на осознание вины, активизирует части поясной и предлобной коры головного мозга, связанные с изменением реакции на правду до возникновения обманной реакции.

Хотя подробное раскрытие тестового исследования, использованного для образования парадигмы, представлено в примере 1, краткий общий обзор его заключается в следующем. Была подготовлена задача, представлявшая собой формальный способ с множественным выбором расспрашивания человека, обман которого моделировался как намеренное отрицание фактов, которые человек должен был бы считать истинными. Например, применительно к подозрению в совершении преступления знание фактов и, следовательно, вины, связанной с этими фактами, указывает на прямое или косвенное вовлечение (включая свидетельствование) преступления. Результаты были получены при использовании связанной с событиями проверки на осознание вины и функциональной магниторезонансной визуализации с учетом степени оксигенирования крови на сканере, предназначенном для магниторезонансной визуализации, с магнитной индукцией 4 Тл фирмы General Electric, с целью сравнения сигналов магниторезонансной визуализации во время вводящих в заблуждение и правдивых реакций при проверке на осознание вины представительной выборки населения. Данные анализировались автоматически при статистическом параметрическом отображении (СПО-99).

Вкратце, способ заключается в следующем. Частота и продолжительность представления раздражений и скорость (период повторения) получения изображений при функциональной магниторезонансной визуализации головного мозга синхронизируются с помощью электронных импульсов, формируемых сканером, в начале интервала каждого периода повторения и которыми инициируется представление визуального стимула (например фотографии или карты) со скоростью, которая кратна периоду повторения. Вследствие этого имеется соответствие между отдельными раздражителями и изображениями, получаемыми при функциональной магниторезонансной визуализации. Зависящее от раздражителя возбуждение оценивается для каждого отдельного воксела с помощью множественной регрессии временных рядов активизации в зависимости от набора задержанных последовательностей раздражителей в предположении, что изменения сигналов, вызванные соседними раздражителями, являются линейно аддитивными (Maccotta et al., 2001). Этот способ называется «функциональной магниторезонансной визуализацией, связанной с событиями» (Aguirre, In: Functional MRI (Moonen and Bandettini, eds.), pp.369-381, Springer-Verlag, New York, 1999). Также возможно отображение реакции регионального церебрального кровотока головного мозга последовательностями (блоками) тесно расположенных, повторяющихся раздражителей длительностью 20-30 с, и такая парадигма называется «функциональной магниторезонансной визуализацией блочного типа».

Магниторезонансная визуализация представляет собой наиболее устоявшийся способ неинвазивного отображения активности головного мозга, однако, после организации серийного производства соответствующей аппаратуры, средним практикующим врачом, аналогично функциональной магниторезонансной визуализации, могут использоваться в настоящем изобретении дополнительные экспериментальные способы измерения регионального церебрального кровотока, такие как спектроскопия в ближней области инфракрасного спектра (Villringer et al., Trends Neurosci. 20: 435-442 (1997)). Тем не менее функциональная магниторезонансная визуализация является способом, наиболее подходящим для текущих целей, поскольку при ее использовании обеспечивается возможность повторных испытаний одного и того же человека, он является неинвазивным способом (например, не нужны системы для внутривенного вливания или радиационного облучения), доведенным до высокого технического уровня. При исследованиях с функциональной магниторезонансной визуализацией согласно настоящему изобретению использовался сканер с очень сильным магнитным полем (4 Тл, а не 1,5 Тл), поскольку при этом происходит повышение отношения сигнала к шуму по сравнению с обычным сканером с 1,5 Тл (Maldjian et al., 1999). Взамен указанного могут использоваться альтернативные устройства сканирования.

Стандартные способы с использованием параметрической статистики (статистического параметрического отображения - 99) в рамках общей линейной модели уже разработаны, а пакеты статистических программ для анализа изображений функциональной магниторезонансной визуализации имеются в продаже. Анализ статистической мощности в экспериментах по магниторезонансной визуализации является областью интенсивных исследований, поскольку его влияние на когнитивные эксперименты при использовании магниторезонансной визуализации не определено достаточно хорошо, но обычно оно находится в пределах 2-5%.

Настоящее изобретение поясняется на примере тестовой версии проверки на осознание вины, разновидности которой вполне применимы в качестве модели обмана, но никогда ранее не сочетались с измерениями магниторезонансной визуализации с целью обнаружения обмана. Отсутствует и модель обмана какого-либо другого вида, которая сочеталась бы с магниторезонансной визуализацией для обнаружения обмана. Однако в случае применения в настоящем изобретении анализа с использованием функциональной магниторезонансной визуализации была обнаружена повышенная активность передней части поясной извилины (далее называемой передней поясной корой), правой лобной верхней извилины и непрерывной области, простирающейся от левой латеральной предлобной до левой передней теменной коры (в дальнейшем называемой левой латеральной предлобной корой), особенно находящаяся в связи с обманными реакциями. Таким образом, полученные результаты подтверждают, что (а) когнитивные различия между обманом и правдой имеют нервные корреляты, обнаруживаемые с помощью функциональной магниторезонансной визуализации; и (b) передняя поясная кора, лобная верхняя извилина и предлобная кора являются компонентами основной нервной цепи при практическом осуществлении обмана человеком.

Имеется сообщение о том, что активизация передней поясной коры и тыльной латеральной предлобной коры имеет значение для функциональных задач, включающих в себя подавление «доминирующей» (например, основной) реакции, распределенное внимание или новые и не ограниченные временем реакции (Carter et al., Science 280: 747-749 (1998)). Последние исследования по функциональной магниторезонансной визуализации, обращенные к задаче Струпа на исключение нерелевантной информации, парадигме подавления реакции, сузили значение передней поясной коры для контроля склонности к конфликтующим реакциям и показали, что степень активизации правой передней поясной коры пропорциональна степени конфликта реакций и связана обратной зависимостью с активизацией тыльной латеральной предлобной коры (Carter et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97: 1944-1948 (2000); MacDonald et al., Science 288: 1835-1838 (2000)). Повышенная активизация правой передней поясной коры во время лживого ответа указывает на то, что имеет место конфликт с доминирующей реакцией (правдой) и ее изменением.

Дифференциальная активизация в головном мозгу во время лжи также включает в себя аспект правой лобной верхней извилины, смежной с передней поясной корой, указывающий на функциональную непрерывность при обмане в ходе проверки на осознание вины (Koski et al., Exp.Brain Res. 133: 55-65 (2000)). Исследования на приматах выявили многочисленные выступающие области между лобной верхней извилиной и передней поясной корой, а также подавляющую роль лобной верхней извилины при ранее заученных движениях передних конечностей (Oishi et al., Neurosci. Res. 8: 202-209 (1990); Bates et al., J. Сотр. Neurol. 336: 211-228 (1993)). Следовательно, повышенную активность на стыке левой тыльной премоторной коры и предлобной коры с передней теменной корой можно связать с повышенным требованием к управлению моторикой, направляющей большой палец правой руки к соответствующей кнопке реакции при нажатии кнопки «Ложь». Представляется, что это повышение активности отражает дополнительное усилие, необходимое для «преодоления» подавленной истинной реакции.

Существенно не то, что была обнаружена большая активность указанных выше участков головного мозга во время «Лжи», а не «Правды», но то, что нет областей головного мозга более активных во время «Правды», а не «Лжи». Это показывает, что «Правда» является основным когнитивным состоянием, а для обмана действительно необходимо осуществление когнитивной операции относительно правды, что приводит к дополнительной активизации головного мозга во время «Лжи», а не «Правды», как описано выше.

В настоящем изобретении проверка на осознание вины была рассчитана на минимизацию реакции беспокойства наряду с сохранением мотивации на обман при небольшом положительном подкреплении (в этом случае небольшим денежным вознаграждением). Ни один из участников не проявил каких-либо признаков субъективного беспокойства во время или после сканирования при проверке на осознание вины. Точно так же клиницисты, проводившие исследования, не обнаружили активизации областей, часто связываемой с определенной реакцией проводимости кожи, с беспокойством или эмоцией (передней глазничной коры, язычной и веретенообразной извилины, мозжечка, островка головного мозга и миндалины мозжечка) (Gur et al., J. Cereb. Blood Flow Metab. 7: 173-177 (1987); Chua et al., Neurolmage 9: 563-571 (1999); Critchley et al., J. Neurosci. 20: 3033-3040 (2000)). Следовательно, активизация передней поясной коры не должна быть связана с беспокойством. Все же, поскольку части передней поясной коры могут быть включены в обработку информации, касающейся эмоций, на основе только имеющихся данных нельзя с определенностью исключить беспокойство или связанную с эмоциями активизацию (Whalen et al., Biol. Psychiatry 44: 1219-1228 (1998)).

Следовательно, изучение существующих тестов показало определенные ограничения, вытекающие из построения парадигмы, и ограничения, налагаемые условиями магниторезонансной визуализации, для которых необходимо предусмотреть дополнительные уравновешивающие соображения.

Во-первых, в реальных условиях обман включает в себя элементы выбора и больше элементов риска и эмоций, чем в случае тестовой ситуации, которая рассмотрена ниже. Осознание того, что дополнение проверки на осознание вины парадигмой, которая обеспечивает участнику возможность выбора при манипуляции риском, может выявить дополнительные области специфической активизации, связанной с обманом, такие как передняя глазничная кора (Bechara et al., Cereb. Cortex 10: 295-307 (2000). Кроме того, вследствие наличия естественных предельных возможностей функциональной магниторезонансной визуализации орбитально-лобной коры с учетом оксигенирования крови использование результатов альтернативной визуализации дает определенные преимущества.

Во-вторых, 12-секундный интервал между пробами, заложенный в структуру теста, связанного с событиями, ограничивает число раздражителей, которые могут быть представлены за один сеанс, и, следовательно, статистическую мощность результатов исследования. Поэтому необходимо повторять раздражители «Лжи» и «Правды» для усиления по своей сущности слабых парадигм функциональной магниторезонансной визуализации с учетом степени оксигенирования крови, связанной с событиями (Aguirre, 1999). Однако Elaad сообщает, что даже при использовании полиграфа точность обнаружения обмана при проверке на осознание вины падает в случае повторяющихся раздражений (Elaad et al., 1997). Представленная тестовая проверка на осознание вины контролировалась как на привычный, так и на «своеобразный» эффект путем повторения через одинаковые промежутки времени всех раздражителей, включенных в испытание (контроль, ложь, правда). Видоизмененная, связанная с событиями парадигма, с более частым представлением раздражителей и с переменным интервалом между пробами (с «дрожанием») может обеспечить возможность даже большего снижения частоты повторения характерных раздражителей (Burock et al., 1998).

В-третьих, карты «Правды» и «Лжи» (фиг.1) различаются как рубашками, так и числами. Различение формы и цвета связано с теменной и затылочной, но не поясной активизацией, при этом нахождение отличительных графических признаков карт лжи и правды, по всей вероятности, вызывает активизацию передней поясной коры (Farah et al., Trends Cognit. Sci. 3: 179-186 (1999)). Предложение для разрешения проблемы связано с повторением представленных закономерностей для осознания вины с использованием игральных карт, которые различаются только числами, или просто карт с числами.

Наконец, имеющиеся данные магниторезонансной визуализации не коррелировались с записями связанных с раздражением потенциалов или полиграфа вследствие ограниченной надежности результатов полиграфа (Office of Technology Assessment, 1990). Одновременная регистрация связанных с событиями потенциалов и данных магниторезонансной визуализации затруднена сильным магнитным полем и находится в фокусе современных исследований (Goldman et al., Clin. Neurophysiol. 111: 1974-1980 (2000)).

Хотя система и способ, соответствующие настоящему изобретению, подробно изложены в примерах, многие переменные могут быть заменены или изменены так, чтобы при этих изменениях сохранялись общие принципы, определяющие заявленное изобретение. Например, изображения подозреваемых соучастников или вещественные доказательства могут быть заменены на карты, использованные в примере. Модели или марки компьютера или сканера можно заменить другими, если они выполняют функции, аналогичные тем, которые выполняются в примерах. Такие изменения и замены находятся в пределах возможностей среднего клинициста или практикующего врача, проводящего такое испытание, и в объеме настоящего изобретения.

В дополнение к обнаружению обмана или скрываемых сведений при защите и правовом принуждении, области применения настоящего способа включают в себя гражданское право, коммерческую деятельность, психиатрию и психологию. Например, его можно использовать для:

1) доказательства невиновности при рассмотрениях гражданских дел, а также расследовании преступления (например, проверки тысяч федеральных служащих в связи с угрозой сибирской язвы);

2) легальных медицинских применений, таких как оценка исков, в случае потери трудоспособности вследствие психических или других медицинских нарушений, к частным или государственным страховщикам; или

3) психиатрической диагностики и объективной оценки успеха психотерапии, подтверждаемой увеличением характеристики активности головного мозга в случае намеренного отрицания, вместо бессознательного угнетения, которое, вероятно, обуславливает реакцию головного мозга по типу обмана, и оценки ложной по отношению к истинной «восстановленной» памяти (Schacter et al., Neuron 17: 267-274 (1996)).

Примеры

Далее изобретение описывается с помощью примеров. Однако примеры приводятся с целью иллюстрации специалистам в области техники, к которой относится изобретение, и не подразумеваются ограничивающими. Кроме того, примеры не должны толковаться как ограничивающие объем приложенной формулы изобретения. Поэтому изобретение не должно толковаться как ограниченное следующими примерами, а, напротив, должно толковаться так, что оно охватывает все варианты, которые стали очевидными в результате ознакомления с идеями, изложенными в настоящем описании.

Пример 1: Исследование теста проверки на осознание вины

Двадцать три (23) здоровых праворуких участника (11 мужчин и 12 женщин) в возрасте от 22 до 50 лет (средний 32) с образованием 12-20 лет (средним 16) были набраны из университета штата Пенсильвания. Чтобы гарантировать соответствие психологическим нормам до начала сканирования, участники были проверены с помощью пересмотренного (SCL-90-R) Перечня-90 контрольных симптомов и собеседования на основе Руководства по диагностике и статистике (American Psychiatric Association Diagnostic and Statistical Manual, 4^th Edition (DSM-IV)). Их также расспрашивали относительно симптомов беспокойства, испытываемого по крайней мере во время и/или после сканирования {пункты 2, 4, 12, 17, 23, 31, 39, 55, 57, 72, 78} (см. обзор: Derogatis et al., Br. J. Psychiatry 128: 280-289 (1976)).

Версия «высокой мотивации» проверки на осознание вины, описанная Furedy и другими, 1991, была изменена следующим образом: (1) вместо самодельных карт с написанными числами использовались игральные карты с числами (фиг.1), (2) карты двух нехарактерных видов были добавлены, чтобы гарантировать бдительность и внимание, а также для контроля эффекта повторения характерных карт. Необходимость многократного повторения характерных раздражителей и, следовательно, особого усилия по сохранению бдительности участников диктовалась построением парадигмы функциональной магниторезонансной визуализации, связанной с событиями (Aguirre, 1999). Использовались карты четырех (4) категорий: пятерка трефовой масти («ложь»), 11 различных игральных карт с числами («нецелевых»), двойка червонной масти («правда») и десятка пиковой масти («контрольная»).

Показ карт «Лжи», нецелевых и «Правды» сопровождался вопросом: «Имеете ли вы такую карту?» Для обнаружения непроводящих различия ответов «Нет» показ контрольной карты сопровождался вопросом: «Является ли эта десятка пиковой?» При контроле участников вынуждали читать вопросы на верхней части всех карт прежде, чем они давали непроводящий различия ответ «Нет». Нецелевые карты появлялись случайным образом, и этим снижались привыкание и скука, которых можно было ожидать, если бы только три карты часто повторялись в течение 22 мин. Чтобы контролировать эффект повторения (привыкания), карты «Правды» представлялись с той же самой периодичностью, что и карты «Лжи».

Участникам сообщили, что если они солгут относительно любой карты помимо одной, скрытой в их карманах, то они лишатся вознаграждения. Это означало подтверждение правды относительно отсутствия нецелевой карты и карты «Правды», отрицание правды (то есть ложь) относительно отсутствия карты «Лжи» и подтверждение правды относительно того, что контрольной картой является десятка пик. Карты «Лжи», «Правды» и контрольные представлялись 16 раз, а каждая нецелевая карта представлялась только дважды для суммарного числа 88 раздражителей. Для организации последовательности раздражителей, каждый из которых представлялся в течение 3 с, использовался генератор случайных чисел. Интервал между раздражителями составлял 12 с (Aguirre, 1999) и, следовательно, весь сеанс продолжался 1320 с (22 мин).

Для компоновки теста проверки на осознание вины из просканированных изображений отдельных игральных карт и дополнительной графики (фиг.1) использовалось программное обеспечение (Chute et al., Behav. Res. Methods Instruments Comput. 28: 311-314 (1996)) PowerLab (MacLaboratory, Inc., Девон, Пенсильвания).

Все участники были знакомы с карточными играми, но в прошлом не имели проблем с азартными играми. Участников просили вскрыть один из трех запечатанных конвертов, каждый из которых содержал 20-долларовый банкнот и игральную карту, пятерку треф. Участники не знали, что все конверты имеют одинаковое содержимое. Участников просили втайне от других вскрыть конверт, запомнить карту, положить ее обратно в конверт и спрятать в карман. Участникам сообщили, что они могут взять 20 долларов, если они достигнут успеха в утаивании идентичности их карты от «компьютера», который управляет проверкой на осознание вины и анализирует активность их головного мозга во время сеанса магниторезонансной визуализации. Затем участники были помещены в магниторезонансный сканер с сильным полем (сканер для магниторезонансной визуализации с магнитной индукцией 4 Тл, GE Signa), оснащенный для эхо-планарной визуализации.

Компьютер (Apple), исполняющий PowerLab и сопряженный с видеопроектором, был использован для обратного проецирования данных проверки на осознание вины на экран, находящийся возле ног участников, видимый с помощью зеркала внутри высокочастотной измерительной катушки. Ответы «Да» и «Нет» осуществлялись путем нажатия большим пальцем правой руки на две клавиши волоконно-оптической клавиатуры (Current Design, Филадельфия, Пенсильвания). Ответы поступали на компьютер Apple и регистрировались с помощью программы PowerLab. Получение изображений синхронизировалось с представлением раздражителей связанным с событиями образом. Сагиттальная, взвешенная на отрезке Т времени локализация и взвешенный на отрезке Т времени сбор данных со всего головного мозга осуществлялись в осевой плоскости (поле обзора 24 см, матрица 256×256, толщина среза 3 мм). Эти результаты были использованы для анатомического совмещения функциональных данных и пространственного нормирования набора данных к виду, пригодному для стандартного атласа.

Функциональную визуализацию производили в осевой плоскости, реализуя многослойную эхо-планарную визуализацию с градиентным эхо (21 срез, толщина 5 мм, без пропуска, период повторения 3000 мс, временной интервал до эхо-сигнала 40 мс, эффективное разрешение вокселов 3,75×3,75 3 4 мм). Амплитуды исходных эхо-сигналов при функциональной магниторезонансной визуализации сохранялись и передавались в запоминающее устройство (Sun Ultrasparc 10, Sun Microsystems, Маунтин-Вью, Калифорния) для автономной (не в реальном времени) реконструкции. Коррекция искажения изображения и погрешностей чередующихся линий в k-пространстве для каждого изображения была основана на данных, полученных во время эталонной визуализации с фазовым кодированием (Alsop, Radiology 197: 388 (1995)).

Статистический анализ проводился так, как описано в работе Friston et al., Hum. Brain Mapping 2: 165-168 (1995a); Hum. Brain Mapping 2: 189-210 (1995b), при использовании SPM (статистического параметрического отображения)-99 (Wellcome Department of Cognitive Neurology, Великобритания), реализованного с помощью программы MatLab (The Mathworks, Inc., Шерборн, Миннесота) и интерфейса с интерактивном языком описания данных (Research Systems, Inc., Боулдер, Колорадо) собственной разработки. Взвешенные на отрезке Т времени изображения были нормированы к виду, пригодному для стандартного атласа (Talairach et al., In: Co-planar sterotaxic atlas of human brain. 3-dimensional proportional system: An approach to cerebral imaging, Thieme, New York, 1998) в рамках статистического параметрического отображения-99. Временная коррекция функциональных данных при получении срезов осуществлялась путем использования интерполяции вида sin х/х. Затем в наборе функциональных данных осуществлялась коррекция движения в рамках SPM-99 при использовании первого изображения в качестве опорного. Наборы функциональных данных нормировались к пространству Talairach при использовании заголовочной информации изображения для определения 16-параметрического аффинного преобразования набора данных во взвешенные на отрезке Т времени изображения (Maldjian et al., J. Comput. Assisted Tomogr. 21: 910-912 (1997)) в сочетании с преобразованием, вычисленным в рамках SPM-99 для взвешенных на отрезке Т времени анатомических изображений в пространстве Talairach. Наборы нормированных данных повторно квантовали до размера 4×4×4 мм в пределах пространства Talairach при использовании интерполяции вида sin х/х. Наборы данных сглаживали при использовании полного размера 12×12×12 мм на половине ширины максимума сглаживающего ядра Гаусса.

Для анализа статистического параметрического отображения в качестве базисной функции использовалась каноническая гемодинамическая функция отклика с производными по времени и дисперсии при пропорциональном масштабировании средней величины изображения. Временное сглаживание, исключение тренда, фильтрация фильтром верхних частот были выполнены в качестве части анализа статистического параметрического отображения. Проекционные карты статистических параметрических отображений создавались при использовании общей линейной модели в рамках статистического параметрического отображения-99. Контрасты внутри объектов между коэффициентами регрессии общей линейной модели были сформированы в рамках SPM-99 для основного контраста: «Ложь в противоположность правде».

Анализ второго уровня был выполнен с целью формирования групповых статистических параметрических отображений при использовании модели случайных воздействий в рамках SPM-99 с индивидуальными картами контрастов (Holmes et al., Neurolmage 7: S754 (1988)). Результирующие карты SPM {t} распределения значений Т были преобразованы в карты SPM {Z} с нормированным нормальным распределением. Z и Т являются исходными статистическими величинами, которые могут быть взяты из стандартных таблиц, содержащих разность между частотой наблюдаемого события и ожидаемого события, происходящего случайно при заданном числе проб. При более высоких значениях Z и Т менее вероятно случайное возникновение события. Р представляет собой вероятность определенного значения Z или Т, и сравнение производится при значении Р=0,01, которое в случае пространственного расширения корректируется (Р<0,05) при использовании теории поля Гаусса, реализованной в SPM-99. Анатомические области были определены автоматически при использовании атласа магниторезонансной визуализации (Kikinis et al., IEEE Trans. Visualization Comput. Graph. 2: 2223-2241 (1996)), который ранее был нормирован к шаблону Talairach SPM-99, предназначенному для использования с существующими данными функциональной магниторезонансной визуализации. Результирующее статистическое параметрическое отображение, прошедшее пороговую обработку, было наложено на стандартный шаблон на отрезке Т времени с помощью программного обеспечения MEDx (MEDx 3.3; Sensor Systems, Inc., Стерлинг, Виргиния).

Испытуемые исключались из анализа, если они делали больше двух ошибок при реагировании на раздражитель «Правды» или «Лжи» или больше трех ошибок в течение всей проверки на осознание вины. Участники также исключались из анализа в случае, если их индивидуальные Z-карты содержали неанатомические криволинейные изменения значений Z, указывающие на артефакт движения (искажение изображения движением человека во время сканирования) (Hajnal et al., Magn. Reson. Med. 31: 283-291 (1994)). На самом деле в течение анализа четыре участника были исключены из-за артефакта движения, а один из-за выполнения на 100% нормы ошибок при проверке на осознание вины. Норма правильных реакций была от 97 до 100%. При общем количестве проб 88 девять участников не сделали ошибок, четыре сделали по одной ошибке и два сделали по три ошибки. Не было сделано больше двух ошибок при представлении карт «Лжи», «Правды» и контрольных. Поэтому конечное число участников, включенных в анализ, было 18.

Координаты Монреальского неврологического института (вывод данных SPM-99) были преобразованы в стереотаксические координаты Talairach (обозначаемые как {х; у; z}) при использовании нелинейного преобразования (Duncan et al., Science 289: 457-460 (2000)), а также анатомических областей и полей Бродманна (ВА), определенных из атласа Talairach (Talairach et al., 1988). В пределах SPM-99 «контраст» между состоянием А и состоянием В давал только положительные разности (увеличение); чтобы обнаружить уменьшение, было выполнено обратное вычитание (В минус А).

Результаты

В контрасте «Ложь относительно Правды» (таблица 1, фиг.2) имеются два кластера значительного повышения сигнала, зависящего от степени оксигенирования крови. Первый представляет собой 146-вокселный кластер, простирающийся от передней поясной извилины до средней части правой лобной верхней извилины, включающий в себя ВА 24, 32 и 8, глобальный пик активности с координатами {х; у; z} Talairach {0; 21; 28} и локальными пиками в {4; 33; 43} и {0; 26; 47}. Второй представляет собой 91-вокселный кластер, U-образный вдоль нижней черепной оси, простирающийся от границы предлобной до тыльной премоторной коры (ВА 6, граничащей с ВА 3 и 4), и также включающий в себя переднюю теменную кору от центральной борозды до нижнего ряда внутритеменной борозды (от ВА 1-3 до края ВА 40), с пиком глобальной активности в {-63; -17; 45} и локальными пиками в {-59; -10; 41} и {-55; 3; 51}. Области со значительным падением сигнала отсутствовали. См. фиг.2.

Таблица 1
Координаты Talairach, извилины (Talairach et al., 1988) и поля Бродманна (ВА), места расположения пиков активности внутри кластеров (фиг.2) большого сигнала функциональной магниторезонансной визуализации различаются в состояниях «Лжи» и «Правды».
		Координаты Talairach
Размер кластера (вокселы)	Z	x	у	z	ВА	Извилина
146	3,8	-1	16	29	24;32	Передняя поясная
-	3,17	3	28	43	6; 8	Правая лобная верхняя
	3,15	0	24	52	8	Лобная верхняя
91	3,58	-57	-23	41	1; 2; 3; 40	Левая постцентральная
-	3,40	-54	-15	38	3; 4; 6	Левая пре- и постцентральная
-	3,19	-50	-3	49	6	Левая предцентральная

Примечание. Уровень порога вокселов Т=2,57, нескорректированное значение Р<0,001 и скорректированное 0,05 с учетом многократных сравнений, порог пространственного расширения >80 вокселов. Значения, выделенные жирным шрифтом, соответствуют глобальному пику кластера; курсивом представлены локальные пики в пределах одного и того же смежного кластера.

Заключение

Результаты показывают, что существует измеримое различие между ложью и сообщением правды при использовании связанной с событиями функциональной магниторезонансной визуализации и модели обмана применительно к проверке на осознание вины. Этот факт указывает на наличие нейрофизиологического различия между обманом и правдой на уровне активизации головного мозга, которая может быть обнаружена с помощью функциональной магниторезонансной визуализации. Анатомическое распределение связанной с обманом активизации свидетельствует о том, что обман включает в себя конфликт с доминирующей (правдивой) реакцией и ее изменение. Дальнейшие усовершенствования построения парадигмы и методологии анализа изображений, включающие в себя, например, тестирование эффектов, связанных с привычкой пользоваться преимущественно одной рукой, языком или полом, или образования уровней обмана на основе близкого знакомства при проверке на осознание вины, или тестирование эффекта противодействия, реализуемого испытуемым (например, отсутствия реакции на вопросы или команды в ответ на представленные раздражители), могут дополнительно улучшить характерные признаки и повысить статистическую мощность парадигм моделируемого обмана и установить характер активизации, позволяющий предсказывать обман на индивидуальном уровне.

Пример 2: Опознание хорошо знакомых лиц

Лицо, подозреваемое в сговоре о совершении преступления, пытающееся намеренно обмануть испытателя при ответе на вопрос о знакомстве с другим человеком (например соучастника), проявляет два параметра функции головного мозга, обнаруживаемые с помощью функциональной магниторезонансной визуализации. Первый представляет собой намеренный отказ опознания соучастника (или его/ее изображения). Второй представляет собой реакцию на хорошо знакомое лицо или предмет, которая отличается от реакции на незнакомое лицо или предмет.

Исследования картин активности головного мозга во время опознания лица выявили как существенные различия в реакции головного мозга на хорошо знакомые в противоположность незнакомым лицам, так и влияние степени предшествующего знакомства с показываемым лицом (Haxby, 2002; Glahn et al., 1997; Henson et al., 2001; Schlack et al., 2001; Gobbini et al., 2001). Поэтому для случая применения принципов из примера 1 к вопросу, заключающемуся в том, опознает ли индивидуум данное лицо или нет, существующие данные показывают, что при использовании лиц в качестве раздражителя реакция в парадигме проверки на осознание вины является настолько же сильной или более сильной (выражающейся в амплитуде и/или в пространственном распределении), чем в случае парадигмы проверки на осознание вины, основанной на игральных картах.

Исследования показывают, что этот эффект существует даже в отсутствие осведомленности [Milner, 1997#111; Berns et al., Science 276: 1272-1275 (1997); Ishai et al., J. Cogn. Neurosci. 12: 35-51 (2000); Haxby et al., Biol Psychiatry 51: 59-67 (2002)]. Следовательно, принципы, изложенные в парадигме обнаружения обмана с помощью функциональной магниторезонансной визуализации из примера 1, применимы к обману, касающемуся знакомства, и могут сочетаться последовательно или периодически с отображением активности головного мозга, связанной с опознаванием незнакомого относительно хорошо знакомого лица или предмета без обмана.

Пример 3: Реакция мозга на медийную информацию

Принципы, изложенные в парадигме обнаружения обмана с помощью функциональной магниторезонансной визуализации из примера 1, можно также применять к людям, просматривающим медийную информацию, такую как фильмы, видеоклипы или реклама. Хотя в этом случае, вместо исследования обмана, используют данные для интерпретации действия информации на человека. Известные шаблоны реакции головного мозга, например вызывающие отвращение, удовольствие, возбуждение или отклик в памяти, используют для регулирования содержания материалов средств информации, чтобы достигнуть желаемого влияния. При таких исследованиях изучают магниторезонансный сигнал в качестве признака когнитивной (например, внимание) и эмоциональной (например, возбуждение) реакций на коммерческие аудиовизуальные средства. Людей отбирают и испытывают, как в примере 1, с некоторыми изменениями при представлении информации и при оценке сигналов и результирующих данных.

Получение данных

Испытуемые просматривали основной фрагмент информации (контрольный материал), за которым следовал целевой фрагмент той же самой продолжительности. (За счет случайного порядка представления видеоизображений о наркотиках и нейтральных видеоизображений исключалась опасность систематической ошибки вследствие погрешности системы магниторезонансной визуализации, при этом данные, собранные заявителем, указывают на наличие существенных эффектов перевода с материала о наркотиках на нейтральный.) В целевом фильме показывали двух мужчин, потребляющих героин, ведущих специфический диалог о героине во время приготовления и инъекции имитированного героина. Базовый фильм представлял собой фильм о природе, посвященный жизни колибри. На фиг.3 показаны усредненные изображения регионального церебрального кровотока, иллюстрирующие различия реакции головного мозга на фильм о героине и фильм о колибри у трех зависимых от наркотиков пациентов, полученные с помощью функциональной магниторезонансной визуализации с обозначением артерий спиновым эхом, спроецированные в течение магниторезонансной визуализации на отрезке Т времени в пространство Talairach. Обоснованность выбора обоих фильмов подтверждена корреляцией с реакцией проводимости кожи, а сами фильмы использовались в нескольких предшествующих исследованиях в лаборатории заявителя.

Визуализация включает в себя сагиттальное поисковое сканирование (период повторения/ временной интервал до получения эхо-сигнала = 500/10 мс, толщина 128×256,5 мм, 2 мин), анатомическое сканирование при использовании трехмерного восстановления с инвертированием, прерываемое сбором данных в установившемся состоянии с отменой градиента (период повторения/временной интервал до получения эхо-сигнала/время задержки при инвертировании = 33/7/400 мс, 192×256, 124 среза, толщина 1,5 мм), с последующей функциональной магниторезонансной визуализацией при использовании обозначения артерий спиновым эхом для установления последовательности кровотока (период повторения/временной интервал до получения эхо-сигнала = 3400/18 мс, 64×40, 10 срезов, время опроса/среза 50 мс, толщина 8 мм/2 мм по стандартной методике, разрешение 3,75×3,75×10 мм, поле обзора 24 см, 180 повторений, 10 мин). Последовательность действий при обозначении артерий спиновым эхом включает в себя чередующееся получение глобальных (контрольных) данных и получение данных в плоскостях с отдельными срезами с использованием градиентного эхо-сигнала и восстановления с инвертированием. Чтобы минимизировать погрешность системы между получениями данных, для спиновой маркировки применялся особый импульс с крутыми фронтами (FOCI). Продолжительность действия маркирующего болюса определялась запуском насыщающего импульса в пределах 800 мс после импульса FOCI, с последующей задержкой в течение 1 с после маркировки до получения изображения. Суммарное время сканирования составляло 30 мин. Частота сердечных сокращений контролировалась непрерывно, и выборки брались каждые 30 с вместе с данными оксиметра, прикрепленного к пальцу человека.

Оценку желания использовать наркотики, показанного в целевом фрагменте, и других субъективных ощущений, таких как отвращение, половое возбуждение и воспоминание, осуществляли на фиксированных интервалах или непрерывно в течение сеанса. Испытуемые использовали клавиатуру с большим числом клавиш для ответного действия, что позволяло им сообщать испытателю степень, с которой они испытывали указанные выше ощущения. При необходимости также собирались дополнительные характеристики, такие как проводимость кожи, набухание полового члена, частота сердечных сокращений и дыхания и кровяное давление.

Методика

После письменного согласия испытуемые помещались в сканер. Фрагменты видеофильмов проецировали на экран, расположенный возле ног человека, и с помощью призм проецировали внутрь высокочастотной катушки. Звук подводился по пластиковым трубкам, проходящим через воздухопровод и ушные тампоны, которые ослабляют шум сканера. Видеофильмы имели продолжительность 10 мин, перед ними и после них в течение 4 мин экран был пустым и темно-серым, и в течение этого времени высвечивалась визуальная аналоговая шкала, а магниторезонансная визуализация прекращалась. Визуальная аналоговая шкала использовалась для индексации изменения наведенной показываемыми примерами поведения тяги к героину. Испытуемые реагировали, используя волоконно-оптическую клавиатуру.

Таблица 2
График сеанса магниторезонансной визуализации, показывающий появление переменных в пределах времени, прошедшего с начала сеанса визуализации, (х) указывает на альтернативный (уравновешивающий) порядок
Прошедшее время (мин)	0	6	16	20	30
Структурная магниторезонансная визуализация	х
Функциональная магниторезонансная визуализация		х		х
Целевой фрагмент				х
Нецелевой фрагмент		х
Субъективные симптомы	х	х	х	х	х

Анализ данных

Данные реконструировались в автономном режиме, корректировались с учетом движения испытуемых и сглаживались с использованием SPM-99 (28, http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/). Последовательности маркированных изображений сдвигали во времени при одном и том же периоде повторения, используя линейную интерполяцию или вида sin х/х. Контрастные изображения перфузии генерировались путем попарного вычитания согласованных во времени маркированных и контрольных изображений. На фиг.4 показана корреляция между изменением желания использовать героин и изменением регионального церебрального кровотока в среднем мозгу. Преобразование в значения церебрального кровотока осуществляли, используя общую модель PASL перфузии. Сигналы церебрального кровотока в течение видеофильмов с показом наркотиков и без показа наркотиков сравнивали для всех людей, используя SPM-99.

Индивидуальные карты активизации (или β, или коэффициент корреляции) нормировали к пространству Talairach и осуществляли корреляцию с уровнями метадоновой плазмы и частотой сердечных сокращений, чтобы обнаружить области головного мозга, связанные с тягой к наркотикам и с физиологическими параметрами как пациентов, так и контрольной группы. Нормированные индивидуальные данные подвергали дисперсионному анализу, чтобы исследовать влияние примера применения наркотиков и протестировать население с последующим анализом представляющих интерес областей с целью дальнейшего исследования развития во времени тенденции изменения церебрального кровотока в этих обнаруженных областях головного мозга.

Результаты

1) Фрагмент материала средства информации, имеющий большое эмоциональное значение для целевой аудитории, вызывает иную реакцию головного мозга по сравнению с фрагментом материала средства информации, имеющим нейтральное значение, в среднем мозгу, в таламусе, островке головного мозга и в миндалине мозжечка. Этот эффект не наблюдался ни в контрольной группе испытуемых, которые не склонны к использованию героина, ни в областях головного мозга, которые не были связаны с промежуточным звеном вознаграждения и мотивации, таких как затылочная кора.

2) Реакция головного мозга в некоторых из этих областей (в среднем мозгу) коррелирована с субъективными эмоциями аудитории.

3) Функциональная магниторезонансная визуализация перфузии при 4 Тл представляет собой многообещающий способ для изучения влияния средств информации на целевые аудитории, а также на отдельных людей.

Поэтому описанный в настоящей заявке способ является полезным для эффективного манипулирования содержанием фрагментов материалов средств информации с целью достижения максимального желаемого влияния на целевые аудитории или на отдельных людей.

Каждый по отдельности и все вместе патенты, заявки на патенты и публикации, которые цитируются в предшествующем описании, полностью включены в настоящую заявку посредством ссылок.

Хотя предшествующее описание было сделано относительно определенных предпочтительных вариантов осуществления, а многие подробности изложены только с целью иллюстрации, для специалистов в области техники, к которой относится изобретение, должно быть очевидно, что изобретение может быть представлено различными модификациями и дополнительными вариантами осуществления и что некоторые детали, описанные в настоящей заявке, могут быть значительно изменены без отступления от сущности и объема изобретения. Такие модификации, эквивалентные варианты и дополнительные варианты осуществления также подразумеваются включенными в объем приложенной формулы изобретения.

1. Способ объективного и неинвазивного обнаружения у индивидуума того, проявляет ли упомянутый индивидуум правдивую или обманную реакцию, включающий в себя измерение изменений кортикальной активности индивидуума и оценку этих изменений для объективного обнаружения обмана или искажения правды этим индивидуумом, при этом кортикальную активность индивидуума определяют посредством функциональной магниторезонансной визуализации.

2. Способ объективного обнаружения при опознании индивидуумом анатомического образа, включающий в себя измерение изменений кортикальной активности индивидуума, относящейся к опознанию анатомического образа, во времени и сравнение и объективную оценку этих изменений в сравнении с известной локализацией в головном мозгу когнитивных функций, при этом кортикальную активность индивидуума определяют посредством функциональной магниторезонансной визуализации.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что анатомический образ представляет собой лицо человека или изображение лица.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что упомянутые этапы выполняют автоматически или полуавтоматически.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что активизацию передних областей поясной коры и предлобной коры индивидуума связывают с изменением правдивой реакции путем обмана.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что активизацию передних областей поясной коры и предлобной коры индивидуума связывают с изменением правдивой реакции путем обмана.

7. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя:

получение путем взвешенного сбора изображений всего головного мозга в осевой плоскости с помощью функциональной магниторезонансной визуализации, когда индивидуум реагирует на подобранные вопросы правдивым или обманным образом, и сохранение и передачу амплитуд необработанных эхо-сигналов функциональной магниторезонансной визуализации в запоминающее устройство;

коррекцию искажения изображения или движения и погрешностей чередующихся линий в k-пространстве на каждом изображении;

регистрацию реакций, сформированных индивидуумом на подобранные вопросы, призывающие ответить «Да» или «Нет», на клавиатуре реакций;

передачу реакций и данных на компьютерную систему;

синхронизацию видеоданных с записанными реакциями;

пространственное нормирование анатомических оверлейных сегментов функциональных данных к виду, пригодному для стандартного атласа;

нормирование наборов данных и соответствующих реакций к виду, пригодному для пространства Talairach; и

статистический анализ данных в свете реакций компьютеризированной системы для определения того, связан ли обман с каждой реакцией.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя:

получение путем взвешенного сбора изображений всего головного мозга в осевой плоскости с помощью функциональной магниторезонансной

визуализации, когда индивидуум реагирует на подобранные вопросы правдивым или обманным образом, и сохранение и передачу амплитуд необработанных эхо-сигналов функциональной магниторезонансной визуализации в запоминающее устройство;

передачу реакций и данных на компьютерную систему;

синхронизацию видеоданных с записанными реакциями;

нормирование наборов данных и соответствующих реакций к виду,

пригодному для пространства Talairach; и

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя:

передачу реакций и данных на компьютерную систему;

синхронизацию видеоданных с записанными реакциями;

нормирование наборов данных и соответствующих реакций к виду, пригодному для пространства Talairach; и

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя:

передачу реакций и данных на компьютерную систему;

синхронизацию видеоданных с записанными реакциями;

нормирование наборов данных и соответствующих реакций к виду, пригодному для пространства Talairach; и

11. Способ объективного и неинвазивного определения влияния воздействия на индивидуума аудиовизуальной медийной информации, включающий в себя измерение изменений кортикальной активности каждого индивидуума из множества индивидуумов в ответ на воздействие аудиовизуальной медийной информации и оценку этих изменений для объективного определения когнитивных и эмоциональных реакций упомянутого индивидуума, при этом кортикальную активность индивидуума определяют посредством функциональной магниторезонансной визуализации.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что этапы выполняют автоматически или полуавтоматически.

13. Способ по любому из пп.11 и 12, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя оценку суммарного влияния аудиовизуальной медийной информации на множество индивидуумов, представляющих целевую аудиторию.

14. Способ по любому из пп.11 и 12, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя воздействие на индивидуума или целевую аудиторию по меньшей мере одним показом аудиовизуальной медийной информации большого эмоционального значения и по меньшей мере одним - нейтрального значения; регистрацию отличия реакции головного мозга индивидуума или целевой аудитории, подвергнутой воздействию аудиовизуальной медийной информации большого эмоционального значения, в сравнении с медийной информацией нейтрального значения и оценку зарегистрированных результатов для нацеливания медийной информации на обеспечение максимального желаемого влияния на индивидуума или целевую аудиторию.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя воздействие на индивидуума или целевую аудиторию по меньшей мере одним показом аудиовизуальной медийной информации большого эмоционального значения и по меньшей мере одним - нейтрального значения; регистрацию отличия реакции головного мозга индивидуума или целевой аудитории, подвергнутой воздействию аудиовизуальной медийной информации большого эмоционального значения, в сравнении с медийной информацией нейтрального значения и оценку зарегистрированных результатов для нацеливания медийной информации на обеспечение максимального желаемого влияния на индивидуума или целевую аудиторию.

16. Способ по любому из пп.11 и 12, отличающийся тем, что активизацию среднего мозга, таламуса, островка головного мозга и миндалины мозжечка из передних областей поясной коры и предлобной коры индивидуума связывают с воздействием аудиовизуальной медийной информации, имеющей большое эмоциональное значение.

17. Способ по п.13, отличающийся тем, что активизацию среднего мозга, таламуса, островка головного мозга и миндалины мозжечка из передних областей поясной коры и предлобной коры индивидуума связывают с воздействием аудиовизуальной медийной информации, имеющей большое эмоциональное значение.

18. Способ по п.14, отличающийся тем, что активизацию среднего мозга, таламуса, островка головного мозга и миндалины мозжечка из передних областей поясной коры и предлобной коры индивидуума связывают с воздействием аудиовизуальной медийной информации, имеющей большое эмоциональное значение.

19. Способ по п.15, отличающийся тем, что активизацию среднего мозга, таламуса, островка головного мозга и миндалины мозжечка из передних областей поясной коры и предлобной коры индивидуума связывают с воздействием аудиовизуальной медийной информации, имеющей большое эмоциональное значение.

20. Способ по любому из пп.11 и 12, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя:

получение путем взвешенного сбора изображений всего головного мозга в осевой плоскости с помощью функциональной магниторезонансной визуализации, когда индивидуум подвергается воздействию подобранной аудиовизуальной медийной информации, и сохранение и передачу амплитуд необработанных эхо-сигналов функциональной магниторезонансной визуализации в запоминающее устройство;

регистрацию реакций, проявленных индивидуумом, подвергнутым воздействию подобранной тестовой аудиовизуальной медийной информации;

передачу реакций и данных в компьютерную систему;