11 minute read
Anastassia Lazareva
Detection of deception with functional magnetic resonance imaging
Advertisement
Janelle Märs, Dagmar Loorits, Kirk Link, Anastassia Lazareva
Abstract
The current thesis is a literature review aimed to compare the nature of the polygraph and functional magnetic resonance imaging (fMRI) and to bring out possible weaknesses regarding the use of fMRI. Distinguishing deception from truth has always been troublesome for mankind. A lot of equipment regarding lie detection have come up during last century. While the technique has advanced, there is still no permanent solution. In pursuit of an alternative to the polygraph, fMRI has come to attention. While laborotatory studies have been carried out, the results have not been what were expected of them. Neither the polygraph nor fMRI are perfect. Even though the polygraph and fMRI are of different nature and they measure different indicators, neither of them are undisputedly the one and only. Both of them require a willing subject. Furthermore, participants must not be of mental retardation or with a functional brain disorder. Specifically, even the slightest of movements may cause image noise in fMRI, making the results hard to analyze. In addition, a variety of contradictions follow the use of this modern modality and there is no easy way to solve them.
Keywords: polygraph, fmri, lie detection, bold, reliability, prospects, limitations.
UURIMISTÖÖDE ARTIKLID Sissejuhatus
Petmine on inimeste hulgas üldlevinud. Aegade algusest peale on valetamine olnud osa igapäevaelust. Nimetatud põhjusel tunnevad selle vastu huvi mitmed teadusharud. Sotsiaalpsühholoogia defineerib valetamist kui suhtleja tahtlikku püüdlust edendada uskumust või veenda teisi selles, mida vastuvõtja peab valeks. Samaoodi üritavad ka sõnaraamatud nii-öelda luiskamist määratleda. Näiteks annab Oxfordi sõnastik definitsiooni, et vale on väide, mis kaldub tõest kõrvale või on sellega vastuolus. „Udu ajamine“ on levinud ning on väidetud, et see on vajalik suhtluse fenomen. Siiski mõjub see halvasti moraalile ja toob inimeste seas esile viha (Vicianova 2015).
Pettuse tuvastamist võib pidada eluliselt tähtsaks, kuid paraku pole selline oskus piisavalt hästi omandatud (Rowell jt 2006; ref. Langleben 2008 järgi). Sellel põhjusel võib suhtlemine endast kujutada sageli eksiteele viimist (Lachmann jt 2004; ref. Langleben 2008 järgi). Valetamise tõenäosuse kaotamine või minimeerimine võiks kahtlusi vähendada ja soodustada inimeste omavahelist suhtlemist. Sellest innustatult on iga generatsioon üritanud luua meetodeid, mis aitaksid filtreerida valesid tõepäraselt ja otstarbekalt (Eck 1970; ref. Langleben 2008 järgi). Teadlased on teinud mitmeid katseid tõe eristamiseks valest, näiteks analüüsinud käekirja, näoilmeid, proovinud hüpnoosi, kasutanud „tõeseerumit“, polügraafi, elektroentsefalograafiat. Ükski nimetatutest pole veel siiani osutunud piisavalt tulemuslikuks, et pälvida ülemaailmne tunnustus ja kasutatavus (Brooks 2013). Nüüd on appi võetud 21. sajandi tehnika, fMRT, ning jõutud tagasi sama küsimuseni – kuidas teha kindlaks, millal keegi valetab (Simpson 2008)?
Funktsionaalse magnetresonantstomograafia kasutamine valedetektorina on väljakutse radioloogiatehnikutele, sest modaliteet on võrdlemisi uus, on väga operaatorsõltuv, nõuab suurt koostööd patsiendiga ning antud uuringut korraldatakse tavalise MRT-ga võrreldes teistmoodi.
Artikli aluseks olev lõputöö oli kirjanduse ülevaade, mille eesmärk oli võrrelda fMRT olemust ja selle tulemusi polügraafiga ning välja tuua võimalikud fMRT kasutamisega seonduvad puudujäägid. Eesmärgist tulenevalt on uurimisülesanded järgmised. 1. Kirjeldada polügraafi ning fMRT olemust. 2. Võrrelda fMRT ja polügraafi tulemuste usaldusväärsust. 3. Kirjeldada fMRT kasutamisega kaasnevaid probleeme.
Töö kirjutamisel kasutasid autorid 24 kirjandusallikat, nendest 16 oli ülevaateartiklid ja kaheksa oli originaaluurimused. Allikate valiku kriteeriumiteks oli ilmumise ajavahemik eelistatavalt 2008–2016, teemakohasus, täisteksti kättesaadavus ja keeleline sobivus.
Võtmesõnad: polügraaf, fMRT, valedetektor, BOLD (blood oxygenation level-dependent), usaldusväärsus.
Tulemused ja arutelu Polügraafi ja fMRT olemus
Polügraaf on seadeldis, mille tööpõhimõtte aluseks on mõõta valetava inimese organismis toimuvaid füsioloogilisi muutusi. 1881. aastal töötas Itaalia kriminoloog Cesare Lombrosso välja esimese ajakohase valetuvastamise seadeldise. Ta püüdis mõõta süüdistatava isiku vererõhu muutusi, mis kuvati diagrammil. Seda meetodit täiustas I maailmasõja ajal Ameerika psühholoog William M. Marston, kes konstrueeris aparaadi lõpliku variandi alles pärast sõja lõppu aastal 1921. Kõnealuse seadeldise eesmärk oli mõõta vererõhus muutusi tunnistuse andmise ajal (Trovillo 1939; ref. Vicianova 2015 järgi). Mõned aastad hiljem konstrueerisid Ameerika psühhiaater John Larson ja psühholoog Leonard Keeler aparaadi, mis sai nimeks „kardio-pneumo psühhograaf“, mida tuntakse ka polügraafi või valedetektorina (Lewis ja Cuppari 2009; ref. Vicianova 2015 järgi). See polügraaf salvestas hingamissagedust, südame löögisagedust, vererõhu muutusi ja naha bioelektrilist reaktsioonivõimet ehk naha elektrijuhtivust (nn naha galvaaniline refleks). Aparaat oli selleks hetkeks juba
UURIMISTÖÖDE ARTIKLID
kaasaskantav ning tõhusalt kasutusel. Kasutusele võeti tindisuled, mis asendasid tahmakümograafile kirjutamise paberile kirjutamisega (Huik 2009). Arvestades, et uurimused rõhutavad rindkere ja diafragma hingamise suhet kui stressi ja emotsionaalse muutuse tundlikku näitajat, mõõdab tänapäevane polügraaf rindkere ja kõhuhingamise sagedust eraldi, mis on kaasa toonud märkimisväärse mõõtmiste tulemuste diagnostilise väärtuse tõusu (Vicianova 2015).
Polügraaf mõõdab uuritava hingamis-, ja pulsisageduse, vererõhu ja naha elektrijuhtivuse muutusi uuritava küsitlemise ajal. Lisaks kasutatakse kaameraid, mis salvestavad uuritava käitumist ja kõnet, mõõdetakse lihaspinget ning registreeritakse ka väikseimad liigutused sensorite abil. Andmed kuvatakse graafikul (Huik 2009). Testis kasutatakse kahte sorti küsimusi: kontrollküsimuste test (Control Questions Test) ja süülise teadmise test (Guilty Knowledge Test). Kontrollküsimuste testis on kasutusel kolme liiki küsimusi – neutraalsed, teoga seotud ja võrdlusküsimused. Küsimuste eesmärk on kõigepealt tuvastada näitajad tõe rääkimisel ja seejärel tuvastada küsimus, mis paneb uuritava tõest kõrvale kalduma (Vicianova 2015).
FMRT puhul aga kasutatakse püsimagnetvälja ja gradientvälja, milles ergastatakse organismis leiduva vee heeliumituumade osakesed. Nende osakeste mõjutamisel raadiolainetega vabaneb signaal, mis registreeritakse ning mille põhjal konstrueeritakse 3-mõõtmeline piltkujutis. Sõltuvalt pulssprogrammi tekitatavast elektromagnetväljast suudab MRT skanner tuvastada erinevaid koe omadusi ning eristada erinevaid koe tüüpe. Erinevalt polügraafist registreerib fMRT ainult neuronaalset aktiivsust ja sellega seotud oksügenisatsiooni muutust aju kindlas piirkonnas (Huettel jt 2009). Kuna fMRT uuringute kohta kehtivad samasugused füüsikalised põhimõtted nagu konventsionaalsele MRT-le, saab fMRT uuringute tegemiseks kasutada tavalist 1.5T magnettomograafi. Enamasti kasutatakse fMRT teostamiseks EPI (echo planar imaging) sekventse, mis suudavad tagada mitmekihilise andmete kogumise mõne sekundiga. Aktiivkeskuste
kuvamiseks tuleb registreerida terve aju kujutised. Uuringuajast olenevalt talletatakse uuringu jooksul sadu kuni tuhandeid T2* kaalutud kujutisi. Detailsemaks mahukamaks analüüsiks saadetakse andmed eraldi tööjaama (Tomberg ja Kepler 2009). fMRT toetub nähtusele, et verevool ajus ja närviaktiveerumine toimuvad koos. Kui kindlas ajupiirkonnas suureneb aktiivsus, suureneb ka verevool sinna. Sellist füsioloogilist nähtust saab tuvastada vere hapnikutasemest sõltuva (blood oxygenation level-dependent, BOLD) efekti abil (Brooks 2013).
FMRT ja polügraafi tulemuste usaldusväärsus
Uurimistöödes on väga tähtis uurimistulemuste usaldusväärsus – see on alus, millele toetuvad teaduslikud teadmised. Ilma usaldusväärsete korratavate uurimistulemusteta ei saa ühtegi uurimistööd pidada teaduslikult põhjendatuks. Vale tuvastamise edu tagamiseks on tähtis uurida mitmeid muutujaid, mis mõjutavad usaldusväärsust. Kui ühe uuritava rühma tulemusi ei saa üle kanda teisele uuringurühmale või kui skaneerimise tulemused pole korratavad, siis pole tulemustel suuremat teaduslikku väärtust (Bennett ja Miller 2010).
Polügraafi tulemuste usaldusväärsust on kontrollinud erinevad teadlased. Uurimused, mis olid läbi viidud kuni 2013. aastani, andsid üldiseks tulemuseks 81–91% (Vicianova 2015). Läbi aastakümnete korraldatud uuringute tulemused on järjekindlalt toetanud selle hüpoteesi kehtivust, et instrumentaalse salvestamise ja statistilise modelleerimise kombineerimisel on võimalik vahet teha petmisel ning tõe rääkimisel ja teha seda tunduvalt suurema tõenäosusega kui juhuse tahtel otsustades. Polügraafi uuringute ülevaated on seda korduvalt kinnitanud. Abrams (1989; ref. Nelson 2015 järgi) uuris väljaantud kirjandust ning kandis ette 89% täpsuse taseme. Hontsi ja Petersoni (1997; ref. Nelson 2015 järgi), Raskini (2002) ning Raskini ja Podlesny (1979; ref. Nelson 2015 järgi) kohaselt ületas polügraafi tulemuste täpsus 90%. Süstemaatilise ülevaatuse läbi viinud Office of Technology Assessment (1983; ref. Nelson 2015 järgi) vihjas sellele, et välitingimustes tehtud katsete täpsus (83%) jäi alla
UURIMISTÖÖDE ARTIKLID
laboratoorsetes tingimustes saadud tulemuste täpsusele, milleks oli 85%. Crewson (2001; ref. Nelson 2015 järgi) tõi välja 88% täpsuse diagnostilise polügraafi jaoks, võrreldes seda meditsiiniliste ja psühholoogiliste testidega. The National Research Council (2003; ref. Nelson 2015 järgi) jõudis järeldusele, et polügraafi täpsus tõe eristamisel valest oli tunduvalt suurem, kuid pole siiski perfektne. Väliuuringute puhul oli mediaan 89% ja laboratoorsete uuringute puhul 86% (Nelson 2015: 44).
FMRT aluseks on nähtus, et verevool ajus ja närvide aktiveerumine toimuvad paaris. Kui aju kindlas osas suureneb aktiivsus, suureneb vastavalt verevool sinna piirkonda. Sellist füsioloogilist muutust näeb tänu BOLD-i efektile. Katsetes registreeritakse üle aju levivat BOLD-i signaali, kui katsealused sooritavad erinevaid kognitiivseid ülesandeid (Huettel jt 2004; ref. Simpson 2008 järgi). Kuvatud andmed töödeldakse seejärel standardse ajumudeli järgi ja taandatakse keskmisele uuritavale. Statistilisi võtteid kasutades tehakse kindlaks muutus verevoolus kindlas ajupiirkonnas kindlatel tingimustel ning seda võrreldakse teiste tingimustega. Samuti on võimalik analüüsida üksikisikult saadud andmeid (Simpson 2008).
Need uuringud ei mõõda kõigest autonoomse närvisüsteemi autonoomse virgutuse närvikorrelaate. Niisiis, tehnikal võib olla eeliseid konventsionaalse polügraafi ees. Näiteks võib ainuüksi närvisolek tõtt rääkiva uuritava puhul anda valepositiivse tulemuse. Suurem osa nendest uuringutest on avaldanud ainult uuritavate rühma analüüside tulemused. Praktilise väärtuse jaoks peaks olema tulemused igaühelt eraldi. Seda on teinud kaks eraldiseisvat rühma, kes kasutasid erinevaid statistilisi meetodeid (Abe jt 2008).
Kozel ja teised (2005; ref. Simpson 2008 järgi) kasutasid modifitseeritud süülise teadmise testi, kus 30 uuritava puhul rakendati võltskuriteo stsenaariumit, mis seisnes kas sõrmuse või kella varastamises. 60% osalejatest arvas, et tegemist oli päriselt toimunud kuriteoga, mis toetab paradigma valiidsust. Uuringus osalejatele näidati skaneerimise ajal 80
küsimust. „Jah“ või „ei“ vastuse sai anda nupule vajutusega. Osalejaid oli juhendatud valetama asja võtmise kohta, kuid vastama kõikidele küsimustele tõeselt. Osalustasu oli 50 dollarit ja eduka valetamise puhul lubati see summa kahekordistada. Tegelikkuses said kõik 100 dollarit. Rühma andmete statistilisest analüüsist selgus, et valetamise ajal olid tõe rääkimisega võrreldes rohkem aktiveerunud kaks prefrontaalset ja üks gyrus cingularis’e eesmine piirkond. Samad piirkonnad tulid aktiivsuse poolest esile ka teiste mainitud uuringute puhul. Igat uuritava ajupiirkonna aktiivsust analüüsides toodi välja, et nad suutsid öelda, milline ese oli varastatud 28-l juhul 30-st (93%). Samade alade aktiivsust kasutati uute andmete puhul, mis saadi uute inimeste (31) skaneerimisest identsetel tingimustel. Selle rühma puhul oli täpsus 90% ehk 28 31-st. Oma arutelus pakkusid autorid välja, et nende meetodit saaks kasutada „päris elus“, kui enne testida uuritavaid süülise teadmise testiga väljamõeldud kuriteo stsenaariumiga. Juhul kui uuritavate aju aktiveerumise mustrid viitavad usaldusväärsele tõe ja vale eristusele, skaneeritakse neid uuesti, kui nad vastavad küsimustele, mis on seotud huvi pakkuva teemaga. Sellise lähenemise on litsentsinud korporatsioon Cephos (Simpson 2008: 493).
FMRT puhul saab paraku rääkida ainult tulemustest, mis on saadud laboratoorsetes tingimustes. Kirjandust läbivaks probleemiks on asjaolu, et modaliteeti pole rakendatud päris kurjategijate peal. Siiani on valimiks olnud vabatahtlikud, kellel on tervis korras. Kuna jutt käib Ameerika Ühendriikides toimuvast, on inimestel õigus ka keelduda uuringust, toetudes põhiseaduses olevale neljandale ja viiendale konstitutsiooni lisale (Farah 2014).
Meetodi ebatäpsus
Mõlemal meetodil on omad puudused. Mõlema puhul on võimalik petta, harjutades enne valetamist, muutes vale enda jaoks usutavamaks ning uurimise ajal rahulikuks jääda. Teiseks, ei saa teha vahet, kas on tegemist tahtliku vale või illusiooniga, mida uuritav ette kujutab. Uurimine eeldab koostööd uuritavaga. Nii polügraafi kui ka fMRT puhul on uuritaval
UURIMISTÖÖDE ARTIKLID
lihtne tulemusi saboteerida, tuues näiteks valetamise igale küsimusele. Suuremat koostööd nõuab fMRT, sest viimase kvaliteeti mõjutab eriti liigutamine. Iga väiksem liigutus võib tekitada artefakti, mille tõttu ei pruugi tulemused olla kasutatavad (Langleben ja Moriarty 2013).
Nii polügraafi kui ka fMRT puuduseks on see, et kuigi on leitud seos valetamise ja kehas toimuvate muutuste vahel, ei saa öelda, et muutused toimuvad ainult valetamise ajal. Polügraaf mõõdab vererõhku, naha elektrijuhtivust, südame löögisagedust ja hingamissagedust, kuid neid parameetreid mõjutavad ka muud tegurid peale valetamise (Brewer ja Williams 2005; ref. Vicianova 2015 järgi). Täpselt sama kehtib fMRT kohta. Valetades suureneb aju prefrontaalses sagaras verehapniku sisaldus, kuid sagara aktiveerumine ei tähenda alati valetamist (Gamer jt 2009).
FMRT rakendamiseks kohtumõistmises tuleb veenduda, et mõõdetavad parameetrid kehtivad ainult valetamise kohta, ja täielikult välistada asjaga mitteseotud kognitiivsed protsessid. Praeguse seisuga tuvastatakse ainult mõtete ilmingud vere oksüdatsioonisisalduse muutumisel (Andrewartha 2008; ref. Rusconi ja Mitchener-Nissen 2013 järgi).
Järeldused
Polügraafi korral kinnitatakse uuritavale erinevad hingamise, naha galvaanilise takistuse ja pulsi sensorid ning seejärel küsitletakse teda. On ka lisandunud kaamerad, mis salvestavad uuritava käitumise, kõne, mõõdetakse lihaspinget ja registreeritakse ka väikseimad liigutused sensori abil. Andmed saadakse rindkerehingamisest, kõhuhingamisest, pulsist ja vererõhust, mis kuvatakse graafikul. FMRT puhul aga kasutatakse magnetvälju, milles mõjutatakse kehavedelikes olevaid aatomituumi, nendelt tulenev signaal registreeritakse poolidega ning arvuti abil saadakse kudedest kujutis. Sõltuvalt pulssprogrammi tekitatavast elektromagnetväljast suudab MRT skanner tuvastada erinevaid koe omadusi ning eristada erinevaid koe tüüpe. Erinevalt polügraafist mõõdab fMRT ainult aktiivsuse muutust ajus valetamise ja tõe rääkimise puhul.
Polügraaf on olnud edukam usaldusväärsuse tõestamisel, sest usaldusväärsust saab kontrollida nii väli- kui ka laboratoorsetes tingimustes. Siiski on saadud tulemused varieeruvad ning nende üle vaieldakse tänapäevani. Aastate jooksul märgatud usaldusväärsuse suurenemine on seatud kahtluse alla. FMRT tulemused on saadud laboratoorsetes tingimustes. Kuigi tulemuste usaldusväärsus on olnud teoreetiliselt hea, ulatudes kuni 93%-ni, ei saa tulemustest selgunud kognitiivset tegevust taandada ainult valetamisele. Sest on tõestatud, et otsmikusagara aktiveerumine toimub mitte ainult valetamise puhul, aga ka teistel põhjustel.
Mõlemad modaliteedid on tõestanud, et uuritav, kes ei ole koostööaldis, võib saboteerida tulemused. Olgu eesmärgiks mõõta vererõhku ja hingamist või verevoolu taseme muutust ajus, peab uuringus osalejal olema motivatsioon tõe rääkimiseks või tõe allasurumiseks ning alternatiivse vastuse loomiseks. Sellele lisaks ei peeta fMRT uuringut valetuvastamiseks alati eetiliseks ja kahtlusalusel on Ameerika Ühendriikide põhiseaduse kohaselt õigus uuringust keelduda.
Allikaloend
Abe, N., Okuda, J., Suzuki, M., Sasaki, H., Matsuda, T., Mori, E., Tsukada, M., Fujii, T. (2008). Neural Correlates of True Memory, False Memory, and Deception. Cerebral
Cortex, 18(12): 2811–2819. Bennett, C.M., Miller, M.B. (2010). How reliable are the results from functional magnetic resonance imaging? Annals of the New York Academy of Sciences, 1191: 133–55. Brooks, S.J. (2013). Scanning the Horizon: The Past, Present, And Future of Neuroimaging for Lie Detection in Court. University of Louisville Law Review, 51(2): 353–373. Farah, M.J., Hutchinson, B., Phelps, A.E., Wagner, A.D. (2014). Functional MRI-based lie detection: scientific and societal challenges. Nature reviews neuroscience, 15: 123–131 Gamer, M., Klimecki, O., Bauermann, T., Stoeter, P., Vossel, G. (2009). fMRI-activation patterns in the detection of concealed information rely on memory-related effects.
SCAN, 7: 506–515.
Huettel, S.A., Song, A.W., McCarthy, G. (2009). Functional Magnetic Resonance Imaging. Yale Journal of Biology and Medicine, 82(4): 233–240. Huik, J. (2009). Polügraafitest ja selle kasutamisest Eestis. Kogumikus: Tabur, L.,
Talmar, A. (toim-d) (2009). Sisekaitseakadeemia toimetised, 9: 32–49. Langleben, D.D. (2008). Detection of deception with fMRI: are we there yet? Legal and
Criminological Psychology, 13(1): 1–9. Langleben, D.D., Moriarty, J., C. (2013). Using Brain Imaging for Lie Detection: Where
Science, Law and Research Policy Collide. Psychological Public Law, 19(2): 222–234. Nelson, R. (2015). Scientific Basis for Polygraph Testing. Polygraph, 44(1): 28–61. Rusconi, E., Mitchener-Nissen, T. (2013). Prospects of functional magnetic resonance
Imaging as a lie detector. Frontiers in Human Neuroscience, 7: 594. Simpson, J. R. (2008). Functional MRI lie detection: Too good to be true? American
Academy of Psychiatry and the Law, 36(4): 491–498. Tomberg, T., Kepler, K. (2009). Funktsionaalne magnetresonantstomograafia. Eesti
Arst, 88(1): 44–51. Vicianova, M. (2015). Historical Techniques of Lie Detection. Europe’s Journal of Psychology, 11(3): 522–534.
