Детектор лжи

Рис. 16. Специфика тремора, зарегистрированного с датчиков, установленных под передними ножками кресла. А — обследуемый сидит, не опираясь на спинку кресла; Б — обследуемый сидит, опираясь на спинку кресла; П — искусственно создаваемая помеха (надавливание большим пальцем ноги на пол); h — амплитуда дыхательной волны на кривой тремора; t — продолжительность дыхательной волны на кривой тремора.

Рис. 17. Тремор, зарегистрированный с датчиков, установленных на икроножных мышцах обследуемого. А — шевеление пальцами стопы.

Кривая тремора, снятая с ножек кресла, включает в себя целый комплекс сигналов, вызванных дыханием человека, его сердечно-сосудистыми реакциями. С одной стороны, это повышает объем информации, отражаемой в кривой тремора, с другой стороны, затрудняется оценка величины нервно-эмоционального напряжения, так как не всегда все составляющие фиксируемого тремора реагируют синхронно. Кроме этого, форма кривой тремора очень сильно зависит от позы, в которой сидит обследуемый: опирается ли он на спинку кресла, какое именно используется кресло для тестирования — жесткое, полумягкое, мягкое, низкое, высокое, глубокое. Кривая дыхания с наложенной на нее частотой пульса прослеживается более четко, если обследуемый не опирается на спинку кресла. Долго сидеть спокойно в таком положении человеку трудно, так как у него быстро устает спина. При глубокой посадке с опорой на спинку кресла дыхательные волны на полиграмме сильно сглажены, а к частоте пульса на кривой добавляются еще и отметки тремора мышц спины. При установке датчиков тремора под передними ножками кресла регистрируемая кривая, свидетельствующая о противодействии обследуемого при помощи сокращения мышц ног, более сглажена.

Наиболее эффективен в оценке противодействий второй тип регистрации, когда датчики закрепляются на икроножные мышцы ног. При данной системе крепления сигнал противодействия в десятки раз превышает по амплитуде фон, регистрируемый у обследуемого субъекта, находящегося в покое (рис. 17). Четкое выделение сигнала противодействия позволяет легко автоматизировать его оценку на компьютере и автоматически предупреждать специалиста.

Тремор может быть использован самостоятельно, в качестве информативного показателя для оценки степени эмоционального напряжения. Исследованиями наших соотечественников (А.Новикова. В.Настенко, Д.Григорьева, 1967 г.) было установлено, что повышение уровня возбуждения центральной нервной системы человека ведет к увеличению тремора. Проведенные авторами исследования показали, что площадь под кривой тремора при возникновении отрицательных эмоций может возрастать на 10–15 % по сравнению с фоном. К сожалению, это сложный сигнал, и отдельные составляющие его, кроме дыхательных волн, зачастую не поддаются визуальной обработке.

Рис. 18. Измерение амплитуды тремора при проведении «беседы» по принципу непрямого теста. V — амплитуда тремора в % к фону; N — темы беседы; А, Б — вершины кривой.

Рис. 19. Изменение уровня тремора в зависимости от величины эмоционального напряжения. V — уровень тремора; N — предъявляемые вопросы (Н — нейтральные, 3 — значимые).

Анализ 97 обследований, проведенных нами, показал, что в процессе тестирования частота меняется незначительно. Что касается амплитуды, то в 80 % случаев от общего объема исследований она изменялась всего лишь в пределах + 2,5 %. И только при сильном эмоциональном напряжении этот показатель мог достигать 10 и более процентов.

Реальные результаты оценки тремора при проведении непрямого теста приведены на рис 18. В качестве информативного признака бралась общая его площадь под кривой без разделения по частоте.

Сигнал тремора подвержен тем же психическим воздействиям, что и кожно-гальваническая реакция. Если во время тестирования обследуемый вспомнит что-нибудь неприятное, то возможно увеличение сигнала тремора (амплитуда, площадь) именно на этом отрезке времени. Схематически это явление может быть представлено (рис. 19) в виде графика с пиками и провалами, отражающими динамику эмоционального напряжения обследуемого. Участок кривой Н₁ — Н₄ характеризует относительно спокойное состояние. На отрезке 3_1-2 обследуемому была выдана ложная информация о скором закрытии его фирмы в результате реорганизации.

Почему же тремор не нашел широкого применения при оценке состояния эмоциональной напряженности при проведении полиграфных процедур? Основная причина — сложность технических средств съема показателей тремора, что приводит к значительному повышению стоимости полиграфа. Для того, чтобы точно обсчитать показатели тремора в высокочастотном диапазоне, необходимо как минимум в 20 раз повысить частоту сканирования по каналу в сравнении с лучшими, из имеющихся в мире полиграфами. И все же использование тремора как источника информации о состоянии эмоционального напряжения обследуемого при проведении полиграфных проверок — это недалекое будущее.

3.3. Артериальное давление

Артериальное давление (лат. tensio arteriaii) — давление, развиваемое кровью в артериальных сосудах организма (БМЭ, 1975, т. 2, стр. 173).

Артериальное давление представляет собой энергию сердца, необходимую для продвижения массы крови через огромную сеть кровеносных сосудов. Мельчайшие из них — капилляры, сечение которых настолько мало, что через них с трудом проходят элементы крови. Малые кровеносные сосуды выполняют очень важную функцию в организме. Через их стенки происходит обмен между кровью, протекающей по ним, и окружающими тканями. Благодаря сосудам ткань постоянно принимает питательные вещества и отдает продукты деятельности клеток. Движение крови по сосудам является одним из основных элементов, обеспечивающих жизнь человека. Если она остановится и произойдет полный обмен веществ между нею и тканями, то в крови не останется питательных веществ и возникнет ее перенасыщение продуктами жизнедеятельности клеток. В таком случае биоткани погибают, так как перестает поступать энергия для поддержания их существования. Кроме того, скопившиеся продукты деятельности организма приводят к интоксикации, т. е. отравлению. Одним из факторов поддержания оптимального состояния клетки является артериальное давление.

В состоянии стресса резко возрастает количество активных клеток в организме и усиливается их жизнедеятельность. Как следствие возникает необходимость усилить поступление питания к ним и вывод продуктов их деятельности. Для решения этой задачи организм увеличивает количество крови, протекающей через капилляры за I секунду, причем нередко за счет повышения артериального давления.

Так как жизнедеятельность биотканей полностью зависит от кровотока, организм человека имеет ряд предохранительных, регуляторных механизмов для его обеспечения. Главным из них является система регуляции артериального давления. Для нормального функционирования организма человека необходима относительная стабильность артериального давления. Чрезмерное повышение давления или его падение одинаково опасны.

В состоянии эмоционального напряжения возникает некоторое повышение давления, которое способствует лучшему обмену между биологической тканью и протекающей кровью. Особенно это важно для мышечной ткани, которая в стрессовой ситуации может быть напряжена (сжата), что препятствует прохождению крови через ее сечение.

В среднем в теле мужчины находится около 5 литров крови, женщины — около 4 литров.

Но не вся кровь, находящаяся в организме, постоянно циркулирует. Существует так называемое «кровяное депо», где в спокойном состоянии может находиться большое количество крови. В качестве депо организм использует селезенку, печень, легкие. Мощным дополнительным депо является кожа (включая подкожные образования). В ней может находиться до 1 литра крови практически в неподвижном состоянии.

В норме депонированная кровь выключена из кровообращения, но по мере нарастания эмоционального напряжения она постепенно вводится в кровеносное русло, увеличивая циркулирующий объем крови.

Давление крови измеряется в миллиметрах ртутного столба. На его величину влияет несколько факторов:

• частота сердечных сокращений;

• количество крови, поступающей в сосудистое русло при каждом сокращении сердца;

• скорость, с которой выводится кровь из него;

• эластичность стенок сосудов артерии;

• величина просвета и эластичность периферических сосудов, включая капилляры;

• объем циркулирующей крови;

• емкость венозных сосудов.

Каждый из перечисленных факторов теоретически может самостоятельно оказать влияние на величину артериального давления. На практике, как правило, на начальном этапе включается сразу несколько механизмов регуляции давления.

3.4. Пульс

Пульс (лат. pulsus — удар, толчок) — периодические колебания объема сосудов, связанные с динамикой их кровенаполнения и давления в них в течение одного сердечного цикла (БМЭ, т. 21, стр. 393).

Для упрощения понимания в дальнейшем, чтобы сделать излагаемый материал более доступным для специалистов, не имеющих медицинского или биологического образования, мы объединяем понятия «частота пульса» и «частота сердечных сокращений», хотя с позиций научной медицины это не совсем верно. Пульс несет значительную информацию не только о работе системы кровоснабжения, но и о состоянии организма в целом. По пульсу врачи древнего Китая, Греции, Индии пытались ставить диагнозы различных заболеваний. Гален во II веке до нашей эры различал 27 видов пульса. О деятельности сердца великий физиолог XX столетия Иван Петрович Павлов писал: «Различных сердечных состояний столько, что они могут с избытком покрыть все поэтические описания деятельности сердца».

С помощью кровообращения осуществляется обмен веществ между тканями организма и внешней средой. Кровь переносит различные вещества от одних органов к другим. Общая длина кровеносных сосудов у человека составляет около ста тысяч километров. Через них в сутки в среднем перекачивается около десяти тысяч литров крови. Четыре процента от общего объема перекачиваемой сердцем крови идет на его обслуживание.

Увеличение эмоционального напряжения человека ведет к росту энергозатрат его организма, что, в свою очередь, увеличивает интенсивность работы систем, поддерживающих необходимый энергетический уровень. Следует отметить, что увеличение активности регуляторных процессов, обеспечивающих деятельность организма в условиях стресса, идет с некоторым опережением. Например, возникающее нервно-эмоциональное напряжение привело к увеличению потребления энергии на 10 Ккалорий. В ответ на это организм перестроится с «запасом», могущим обеспечить 11 Ккалорий, как бы защищаясь от всяких «случайностей».

Кроме того, системе кровообращения человека свойственна определенная инертность. Внезапно возникшее эмоциональное напряжение может не сразу привести к изменению в организме. Вообще инертность — время задержки с включением изменений физиологических реакций — является свойством любой биологической системы регулирования. Изменение частоты пульса происходит не мгновенно, а через какое-то время, определяемое индивидуальными особенностями человека.

Инерционность (запаздывание) реакций слагается из двух компонентов:

• времени, затраченного на получение команды для изменения уровня реакции, ее оценку и принятие решения;

• времени на перестройку (изменение) и доведение ее до оптимального уровня. В комплексе это достаточно сложная задача.

В организме объем циркулирующей крови может быть увеличен как за счет частоты сокращений сердца, так и за счет количества крови, нагнетаемой в кровяное русло при каждом сердечном сокращении. Организму человека далеко не безразлично, почему в конечном итоге это произойдет.

Система регулирования кровообращения, в которую входит и сердце, в каждом конкретном случае вынуждена решать, что лучше — увеличить объем крови, выталкиваемой сердцем, или при том же объеме увеличить частоту сердечных сокращений. В реальных условиях, как правило, эти два механизма включаются практически одновременно, но степень их влияния на определенных этапах эмоционального напряжения не одинакова. Чтобы на треть увеличить минутный объем крови, выброс ее должен возрасти на 30 % при той же частоте сердечных сокращений. Можно эту задачу решить и за счет увеличения частоты сердечных сокращений при том же объеме крови, изгоняемой из сердца. В норме эти изменения, как правило, проходят параллельно.

Процессы жизнедеятельности человека не могут проходить в отрыве от функционирования сердечно-сосудистой системы. Связь между различными функциональными системами сложилась в процессе эволюции человека. Например, в норме не бывает изменения частоты (глубины) дыхания без изменений в сердечно-сосудистой системе. Причем, реакция сердца и сосудов более динамична и наступает раньше изменения дыхания. Если в крови увеличилось содержание СО₂, то в дыхательный центр и в структуры, регулирующие сердечно-сосудистую систему, поступают соответствующие команды. Это связано с тем, что деятельность сердца надежно защищена системой регуляции от случайных и неслучайных изменений в организме.

Что же послужило толчком для использования показателей частоты пульса в полиграфных системах? Исследованиями многих ученых было установлено, что чем сильнее эмоциональное напряжение, тем интенсивнее должны протекать обменные процессы между клеткой и кровью, тем больший объем крови необходим для устранения последствий стресса в организме. Эмоциональное напряжение может быть оценено частотой сердечных сокращений. Возрастание эмоционального напряжения увеличивает частоту пульса, а снижение — уменьшает. Казалось бы, есть решение и данный показатель должен максимально облегчить задачу повышения точности полиграфных проверок. К сожалению, эта закономерность проявляется не всегда. В середине XX столетия было открыто явление, вошедшее в науку как «отрицательная фаза» пульса. Суть его заключается в том, что у обследуемых, имеющих хорошую физическую подготовку, на кратковременную эмоциональную нагрузку (в нашем случае — на вопрос теста) может наблюдаться двухфазное изменение частоты пульса. Сначала происходит увеличение частоты пульса, а затем она возвращается к исходному уровню, а иногда становится даже ниже его (рис. 20).

Рис. 20. Возможное изменение частоты пульса на предъявление «значимого» вопроса. F — частота пульса; С — стимул; t — время; пунктирная прямая — «необходимая» частота пульса.

Например, во время тестирования частота пульса подозреваемого составляла 87 ударов в минуту. После предъявления значимого вопроса она возросла до 95 ударов, с последующим снижением до 79 ударов. В результате «суммарный пульс» во время тестирования практически не меняется, причем это «качание» пульса может продолжаться до 3-х минут. Так как полиграф не проводит мгновенный подсчет средней частоты пульса, то возможны случаи, когда реакция на значимый вопрос попадает на отрицательную фазу пульса, и тогда зафиксированные изменения становятся близкими к результатам, полученным при предъявлении нейтральных вопросов.

Ряд исследований был проведен по уточнению причин еще одной нестандартной реакции частоты сердечных сокращений. В стрессовой ситуации, если человек ограничен в возможностях противодействия, возможны случаи, когда на предъявление сильного эмоционального раздражителя частота пульса замедляется. Это связано с тем, что влияние отрицательных эмоций на организм человека носит двухфазный характер. Сначала при незначительных отрицательных эмоциях частота пульса возрастает. При неожиданных мощных эмоциональных нагрузках она может снижаться. При очень сильном воздействии на организм отрицательных эмоций возможно не только замедление, но и полная кратковременная остановка сердца (В.В.Фролькс, 1954). Как же это возможно, если усиление эмоционального напряжения ведет к возрастанию объема продуктов обмена, и в этой ситуации должен увеличиваться кровоток? Эта проблема организмом человека решается нестандартно. На фоне некоторого снижения частоты пульса резко увеличивается объем крови, выбрасываемой при каждом сердечном сокращении. Проявления такого типа реагирования сердечно-сосудистой системы очень трудно прогнозировать.

Для повышения точности оценки эмоционального напряжения часто используют не частоту пульса, а его стабильность. Если у человека средняя частота пульса составляет 60 ударов в минуту, то это значит, что каждую секунду наблюдается один сердечный цикл. На практике периоды между сокращениями сердца нестабильны.

3.5. Фотоплетизмограмма (ФПГ)

Фотоплетизмограмма — метод регистрации оптической плотности ткани (БМЭ, 1985, т.26, стр.408).

Название данной методики происходит от греческих слов phos — свет и plethysmos — увеличение. Регистрация оптической плотности ткани осуществляется прибором — плетизмографом, состоящим из излучателя светового потока, просвечивающего биоткань, и приемника, регистрирующего плотность светового потока, через нее прошедшего. Регистрируются световые сигналы как отраженные от биоткани, так и просвечивающие ее. В классическом понимании это метод регистрации изменения объемов отдельных частей тела. Плетизмография в качестве метода стала использоваться в исследованиях еще в начале XVII века, но широкое применение нашла лишь к концу XIX века благодаря работам А. Mocco (1887, 1893 гг.) и А.Фика (1969 г.). Тогда же была сделана первая попытка использования данного метода для детекции лжи.

В состоянии сильного эмоционального напряжения изменяются количество крови, поступающей в сосуды при каждом сердечном сокращении, величина просветов и эластичность сосудов и ряд других показателей. Следовательно, эта методика дает возможность выявить целый комплекс изменений в организме, вызванных эмоциональным напряжением, и может служить надежным индикатором его величины при проведении полиграфных проверок.

Фотоплетизмограмма — это интегральный показатель, отражающий состояние организма в целом. При анализе показателей фотоплетизмограм-мы пульс называют объемным. Он характеризуется не только частотой, но и количеством крови в кубических миллилитрах, протекающей через участок измерения.

В полиграфных проверках датчик ФПГ чаще всего закрепляется на пальце испытуемого, и таким образом фиксируются колебания объема пальца в месте наложения. Объем пальца изменяется в зависимости от количества крови, протекающей через кровеносные сосуды. Теоретически чем больше крови будет введено в кровеносное русло в момент сокращения сердца, тем больше кровоток. Реально этот процесс выглядит значительно сложнее. На поток крови, протекающей через измеряемый участок, влияют эластичность стенок сосудов в месте измерения, вязкость крови, количество циркулирующей крови и т. д.

В приборах, регистрирующих изменения объема части тела — плетизмографах, — используются различные принципы регистрации показателей:

• регистрация изменения плотности светового потока, проходящего через обследуемый участок биоткани, в том числе и отраженный световой поток, — фотоплетизмограф;

• регистрация изменений электрического сопротивления на фиксированном участке тела — реоплетизмограф.

Существуют также и механические регистраторы, которые измеряют величину смещения ткани при прохождении порции крови, вызванного сокращением сердца. За одно сокращение сердца в сосудистое русло вводится от 40 до 100 миллилитров крови при средней скорости кровотока от 10 до 20 см в секунду. Время, за которое кровь изгоняется из сердца в сосудистое русло, в норме составляет 0,25- 0,3 сек.

Рис. 21. Некоторые информативные признаки фотоплетизмограммы. t1 — время заполнения кровью обследуемого участка биоткани; t2 — время, за которое объем крови приходит в исходное состояние; h — максимальное количество крови; S — площадь под кривой; в — дикротический рубец; аб — длина восходящей части; бг — длина нисходящей части; гд — пауза.

На рис. 21 рассматривается кривая, отражающая некоторые информативные признаки фотоплетизмограммы. Отрезок аб характеризует время, за которое произошло увеличение объема крови в месте регистрации, после каждого сердечного сокращения. Величина амплитуды кривой h определяется объемом крови после сердечного сокращения и состоянием эластичности кровеносных сосудов. Участок кривой бг — время, за которое «избыточное» давление крови пришло к исходному состоянию. Зубец в — так называемый дикротический зубец, происхождение которого до настоящего времени не совсем ясно. По одной из гипотезой образуется за счет следующих процессов: кровь во время сердечного сокращения поступает в сосуды и расширяет их, создавая дополнительное напряжение стенок. В паузе между сердечными сокращениями сосуды, сжимаясь, выталкивают ее обратно по кровяному руслу. Таким образом, часть крови возвращается назад в сторону сердца. Так как в это время клапаны сердца закрыты, она, ударяясь о них, возвращается назад, несколько повышая реальный объем крови. Это явление и фиксируется в точке регистрации в виде небольшого зубца на нисходящей части кривой фотоплетизмограммы.

К сожалению, дикротический зубец не всегда присутствует на кривой фотоплетизмограммы и наблюдается не у всех обследуемых. Если же он имеет место, то специалисты используют его информативность при проведении визуального анализа кривой. Положение дикротического зубца на нисходящей стороне кривой непостоянно. Оно определяется временем возвращения порции крови, ударяющейся о закрытые клапаны сердца и возвратившейся назад. Чем быстрее происходит этот процесс, тем выше на кривой располагается зубец (рис. 22). Анализ проводится путем сравнения уровня нахождения дикротического зубца при измерении фоновых показателей организма с уровнем нахождения после предъявления значимого вопроса теста. При этом измеряется расстояние от вершины кривой до зубца и от зубца до основания кривой и вычисляется соотношение полученных показателей:

У=п₂/п₁.

где: V — обобщенный показатель; п₂ — расстояние от зубца до основания кривой;

п₁ — расстояние от зубца до вершины кривой.

Рис. 22. Изменение положения дикротической волны на нисходящей ветви фотоплетизмограммы.

D — дикротический зубец; 1 — фон; 2 — увеличение скорости прохождения гидравлического «удара»; 3 — снижение скорости гидравлического удара; 4 — кривая, отражающая миграции дикротического удара.

Изменение положения зубца на кривой может происходить линейно (рис. 22). Уровень его нахождения по сравнению с фоновым может быть выше (кривая 3) или ниже (кривая 2). На кривой 3 мы наблюдаем увеличение скорости прохождения гидравлического удара от клапанов сердца до точки установления датчика, на кривой 2 — снижение.

Нередки случаи волнообразного изменения уровня дикротического зубца, находящегося на нисходящей ветви кривой ФПГ. При анализе ФПГ необходимо исходить из положения: чем больше крови находится в зоне измерения, чем выше давление на этом участке, тем меньше амплитуда кривой. Это связано с тем, что повышение давления ведет к снижению уровня пульсации при поступлении одного и того же объема крови. Надувая воздушный шарик, при первых выдохах мы наблюдаем очень большие изменения в его форме. Когда же шарик практически накачан, следующая порция воздуха, введенная в него, может оказаться незамеченной. Аналогичный эффект наблюдается и в сосудистом русле. В результате сокращения сердца добавление очередной порции крови в полупустые сосуды вызывает их мощную пульсацию, которая хорошо просматривается на кривой ФПГ. Поступление очередной порции в хорошо заполненные сосуды вызывает снижение амплитуды ФПГ Уменьшение амплитуды ФПГ с ростом эмоционального напряжения человека может быть кратковременным (рис. 23 — А) или продолжительным (рис. 23 — Б). Форма кривой ФПГ А может быть обусловлена хорошей системой компенсации организма обследуемого или искусственным отключением его от содержания информации, предъявляемой специалистом. Кривая Б подтверждает наличие устойчивого, мало компенсированного стрессового состояния. Увеличение амплитуды ФПГ обычно наблюдается при снижении пульсового давления.

Рис. 23. Изменение амплитуды реакции ФПГ под влиянием стресса. А — длительная реакция; Б — кратковременная реакция.

Рис. 24. Методика измерения волн 2 и 3 порядка.1 — длина волны; Г1 — амплитуда волны.

Определенную информацию несет и площадь под кривой (S>, являющаяся интегральным показателем, на который оказывают влияние как количество крови, поступившей на обследуемый участок, так и эластичность стенок сосудов, их общее сопротивление кровотоку. Поэтому показатель S достаточно часто применяется в полиграфных системах для оценки эмоционального напряжения обследуемого.

При анализе показателей ФП Г используются характеристики трех типов волн, так называемые волны первого, второго и третьего порядков, характеризующие периодическое изменение амплитуды ФПГ. При анализе определяются продолжительность волны и максимальная величина изменения ее амплитуды (рис. 24).

Волны первого порядка (рис. 25) являются основными при анализе ФПГ. Это практически то, что мы называем фотоплетизмограммой.

Рис. 25. Кривые ФПГ, волны первого, второго и третьего порядка. А — Б — медленная волна третьего порядка; В — огибающая с частотой дыхания — волна второго порядка; Г — волна первого порядка (кривая одиночной ФПГ).

Волны второго порядка тесно связаны по длительности с дыхательными циклами. В состоянии спокойного дыхания они проявляются редко. Исключение могут составлять тучные люди с высоко стоящей диафрагмой, страдающие одышкой. Кроме того, нужно помнить, что волны усиливаются на ФПГ, если рука обследуемого находится на твердой поверхности.

К волнам третьего порядка относятся все колебания с длительностью, превышающей дыхательные циклы. Они могут быть ритмичны, т. е. повторяться с определенным постоянством. Проявление их объясняется ритмической активацией центра, контролирующего состояние сосудов. В литературе это явление известно как волны Траубе—Геринта, которые на практике с постоянной конфигурацией наблюдаются довольно редко. Чаше они имеют различную длину и амплитуду даже в процессе одного тестирования. Степень выраженности волн второго и третьего порядков зависит от эмоционального состояния человека. В норме они практически не возникают, но в состоянии эмоционального напряжения появление этих волн встречается довольно часто. Степень их выраженности при регистрации ФПГ может являться критерием оценки уровня эмоционального напряжения обследуемого.