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

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

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 Meta