KR20040079833A - 거짓말 및 은닉된 인식, 및 자료에 대한 인지적/감정적반응의 탐지 및 평가를 위한 기능성 뇌 영상법 - Google Patents
거짓말 및 은닉된 인식, 및 자료에 대한 인지적/감정적반응의 탐지 및 평가를 위한 기능성 뇌 영상법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 연구의 목적, 예를 들어, 개체가 진실한지 또는 거짓인지 및/또는 개체가 어떤 얼굴 또는 물체에 대한 기존 지식을 가지는 지를 탐지하고 평가하기 위해 기능성 뇌 영상법을 통해 개체의 뇌 활동 변화를 측정하는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명은 의학적인 뇌 영상법, 산출법의 최근 발전을 신경과학과 결합시켜 뇌 활동을 직접 측정하는 자동화 분석기를 기초로 거짓말 및 은닉된 기존 지식을 탐지하는 정확하고 객관적인 방법을 생산한다. 거짓말 모델로 부터 발전된 패러다임을 적용하고, 미디어자료(예를 들어, 시청각 메시지, 또는 영화, 또는 광고)를 시청한 개체에 이를 적용한 데이타를 상기 개체에 대한 자료의 효과를 해석하는데 사용한다. 이는 미디어 단편 내용의 효과적인 조작으로 대상 집단 또는 특정 개체에 대해 최적의 영향력을 얻도록 한다.
Description
의학적 뇌 영상법, 산출법 및 신경 과학의 최신 발전은 특히 실용적이며 중요한 인지적 활동의 확인을 위한 기능성 뇌 영상법을 통한 뇌 활동의 자동 분석 측정에 기초한 정확하고 객관적인 방법, 즉 1) 거짓말 및 은닉된 기존 지식의 탐지 및 2) 대상 관중에 대한 시청각 미디어의 영향 평가 방법의 생성을 가능하게 하였다.
거짓말은 주요한 법적, 정치적 및 사업상 문제와 관련되어 있다. 따라서, 의도덕으로 거짓말을 할 때 고도의 확실성을 갖는 객관적인 결정법에 대한 관심이 일반적으로 강하다(Holden, Science 291:967(2001)). 전통적인 접근법에 따르면, 다른 개체의 거짓말은 주관적인 진실의 의도적인 부정이다(Eck, In Lies and Truth, McMillan, New York(1970)). 이러한 개념은 진실한 반응의 변경이 의도적인 거짓말의 선결조건임을 시사한다.
다채널 심리 기록계(거짓말 탐지기)는 거짓말 탐지용 기술로 최근 가장 널리 사용되어 왔다. 거짓말 탐지기 검사는 거짓말에 의한 불안감의 말초적 증상(피부 전도성, 심박수, 및 호흡)에 의존한다. 상술한 기술의 정확성은 개체의 차이에 따라서 동일인일 경우에도 다른 시간대에 따라 거짓말 및 불안감 사이의 연관성에 편차가 있어 제한적이다(Steinbrook, N).
ERPs(Scalp-recorded event-related potentials)는 거짓말 탐지를 위해 실험적으로 사용되어왔다. ERP의 P-300(P-3) 파장은 300 내지 1000-ms 잠복성을 갖는 드문 의미있는 자극에 대한 반응을 나타낸다(로젠펠드, In Handbook of Polygraphy(Kleiner, ed.), pp265-286, 아카데믹 프레스, 뉴욕, 2001). 지각, 운동, 인지 사건과 관련된 신경 활동을 나타내는 전압 진동 시리즈는 매우 일시적인 해상력(resolution)을 제공할 뿐이며, 뇌에서 상기 소스는 단일하게 위치하지 않는다(Hillyard et al., Proc, Natl. Acad. Sci. USA 95:781-787(1998)). 그 결과, ERP는 매우 일시적이며, 빈약한 공간적 해상력으로 피질 활동을 나타낸다. ERP의 P-300 파장의 진폭 및 잠복성이 실험실에서는 거짓말과 연관이 있더라고, 이러한 발견을 믿을만한 거짓말-탐지 기술로 성공적으로 변형하지는 못했다(Rosenfeld,2001). 따라서, 주관적인 방법보다는 객관적으로 개체의 거짓말을 탐지할 수 있는 일관성있으며, 반복적으로 효과적인 방법 및 시스템의 개발이 당 분야에서 요구되었다. 거짓말-유도 모드 및 신체 상태는 개체에 따라 다양하게 나타나므로, 불안감 또는 죄의식과는 독립적인 거짓말의 표식 연구가 정당하다.
의학적 뇌 영상법: 모든 뇌-영상법 디바이스는 관심 영역을 조사하기 위해 에너지를 사용하고 도식적으로 표시하고 통계적으로 다룰 수 있는 디지탈 영상을 생성한다. 자기 공명 영상법(MRI)에서 영상을 생성하는 데 사용되는 에너지 타입은 고주파 전자기 파장이다. 구조적 영상법은 높은 공간적 해상력을 강조하여 뇌의 타격 또는 퇴행성 질병(예를 들어, 알츠하이머 질병) 발행 이후와 같은 뇌의 지속적인 해부학적 변화을 탐지하는 데 사용된다. 높은 공간적 해상력은 일시적(시간) 해상력의 손실로 얻을 수 있는데, 즉, 인지 또는 다른 활동에서 빠른 뇌의 변화를 탐지하는 것은 구조적 영상법으로는 불가능하다.
기능적 및 구조적 영상법은 조직 밀도(회색체, 흰색체, 유체, 종양 등) 또는 뇌 활동 측정(예를 들어, 혈류 또는 대사작용 속도)을 반영하는 뇌의 디지탈 2 또는 3-차원 지도를 산출한다. 기능성 뇌 영상법은 손가락 탭핑, 기억 또는 거짓말과같은 인지, 운동 또는 지각 활동 동안 발생하는 뇌의 가역적 변화를 탐지하기 위해 구조적 영상법과 동일한 영상법 장치를 사용하여 수행된다. 이는 구조적 영상법을 사용하는 것보다 매우 빠른 초 단위(뇌 전체) 또는 밀리세컨드의 10배(단일 뇌 슬라이스)로 개체의 뇌 영상을 획득할 수 있는 속도를 요구한다.
기능성 자기 공명 영상법(fMRI)은 증가된 국부 대뇌 혈류량(rCBF) 또는 운동, 지각 또는 인지 활동을 수행하여 증가하는 신진대사 활동의 뇌 세포 그룹과 연관이 있는 산소화 헤모글로빈의 비율 변화와 같이, 뇌에서의 국소적 신경 활동 변수 중 하나를 반영하는 고 주파 시그날을 빠르게 획득하는 것으로 특징되는 MRI 방법을 포함한다. EEG보다 fMRI의 장점은 3㎜의 공간 해상력을 갖는 변화 시그날 원을 집중시킬 수 있는 반면 EEG의 시그날 원은 확실성을 확립하지 못한다는 것이다.
혈중 산소 의존적(BOLD) MRI는 뇌 뉴런군에 공급되는 소혈관내의 탈산소 헤모글로빈이 산소화되는 비율(Oxy/Deoxy Hgb)의 변화에 민감한 fMRI의 변형이다. 그러나, BOLD fMRI는 Oxy/Deoxy Hgb 비율 변화만을 측정할 뿐, rCBF에 절대적이지는 않다. 이러한 BOLD fMRI의 특성은 관심 조건동안 뇌 활동과 비교되는 기준 조건을 모든 BOLD fMRI 실험이 포함해야만 하는 것을 요구한다. 상기 비율은 신경 활동과 매우 관련되어 있는 신경세포의 신진대사 속도와 밀접하게 연결되어있다(Chen 1999). 따라서, Oxy/Deoxy Hgb의 변화는 뇌의 신경세포 활동의 지표이다.
최근 BOLD는 가장 일반적으로 사용되는 fMRI 기술이나, 동맥 스핀 에코 표지화(Arteril Spin Echo labeling)(ASL) fMRI BOLD와 상호교환하여 사용할 수 있다(Aguirre et al., Neuroimage 15: in press(2002)). 다른 fMRI 기술에서, rCBF의 절대 측정값을 얻을 수 있다.
최근 산출 속도 및 저장법의 발전은 100mseconds 이하로 뇌의 단일 4-㎜ 슬라이스 영상을 획득할 수 있다. 20개의 4-㎜ 슬라이스는 대부분의 뇌 피질을 포함하여, 매 2초마다 전체 뇌 영상 획득을 가능하게 한다. Oxy/Deoxy Hgb의 변화 패턴은 다양한 인지 및 지각적 업무에 걸쳐 유사하며 혈류 역학적 반응 기능(HRF)이라한다. 매 수(1 내지 6)초에 전체 뇌 영상을 얻는 것은 인지 과정동안 단일 자극에 대한 HRF 반응을 모니터하고 지도화하는 것을 가능하게 한다.
ERP와는 달리, 기능성 자기공명 영상법(fMRI)의 공간 해상력은 다른 뇌 영상법을 능가하는 반면, 일시적 해상력은 그룹(블럭) 또는 단일 지각 사건(예를 들어, 스크린상에 비춰진 질문에 대한 반응)에 대한 반응에서 일어나는 rCBF 또는 Oxy/Deosy Hgb 변화를 분석하는 데 충분하다(Chen et al., In Functional MR, B.P. Moonen and Bandettini, eds., pp.103-104, Springer-Verlag, 뉴욕, 1999).
사건-관련 fMRI 업무를 포함하는 빈도 및 자극의 순서는 테스트의 통계적 능력에 영향을 준다. 최근까지, 뇌 혈류 역학적 반응 기능의 빈도(HRF, 15초당 1사이클)는 15초당 1의 자극 속도에 제한된다. 최근 작업은 상호-자극 간격이 다양할 경우, HRF 빈도보다 빠른 속도로 존재하는 개체 자극에 대한 HRF 반응을 통제하기 위한 푸리에(Fourier) 변형-기초 방법으로 설명된다. 이러한 전형은 "빠른 진동 사건-관련(fast jittered event-related) fMRI"라 한다(Burock et al., NeuroReport 9: 3735-3739(1998)). 이러한 접근법은 단위 시간 당 존재하는 자극 수의 크기 증가를 가능하게 하며, 따라서 통계적 능력이 증가한다. 15초당 1 자극 존재 속도에서 효과적인 전형은 상기 기술을 통해 통계적 능력을 최대화시키도록 빠른 진동-사건 관련 fMRI 전형을 전환시킬 수 있다.
기능성 MRI 영상법은 기준 또는 비교 조건으로 부터 가감하지 않는다면 의미없는 "미처리" MRI 시그날의 2-차원 지도를 생성한다(Friston et al., 1995a, 1995b). 예를 들어, 빛에 대한 반응 연구시, 빛을 주는 동안 후두 피질에서의 활동은 어둠 동안의 상기 영역에서의 활동을 빼야한다. 상기 시스템의 해상력은 "보셀(voxel)"을 결정하고 일반적으로 3 내지 4-㎜ 입방체인 최소한의 3-D 영상 단위의 크기를 결정한다. fMRI 영상 분석법의 중요 단계는 운동 수정, 2-D 데이타의 3-D 재구성, 지도화 동등 시스템을 사용하여 표준 원형에 대한 각 개체의 뇌 영상의 "모핑(morphing)"을 포함한다(Talairach et al., 1998). 최종 통계학적 영상은 고유한 국재화(loclization), 및 기준 조건과 개체간 및 개체를 통한 대상 조건간의 비교를 가능하게 한다. 상기 비교는 전체 뇌를 통해 만들어진 어떤 두 조건(예를 들어, 낯익은 대 낯설은 얼굴을 보는 동안의 활동)에서 MRI 시그날의 보셀-바이-보셀(voxel-by-voxel) 가감이다. 상기 차이점의 중요성은 거짓말 탐지기의 변형, 성별, 왼손-또는-오른손잡이, 또는 -본 적용분야에서는-자국어와 같이 추가적인 관심의 비-영상 상호변화의 존재에 의존적인 두개의 꼬리 t-테스트, ANOVA 또는 MANOVA를 사용하여 결정된다. 상기 분석에 일반적으로 포함되는 분야는 종종 다수의 비교에 대한 수정을 요구하는 20-30,000 보셀 크기이다. 이러한 과정의 최종 결과는 일반적으로 t 또는 F 값으로 표시되는 두 조건간의 상술한 차이점의 지도이다.
고 인지 기능의 fMRI-연구에서 또 다른 발전은 낯익은 얼굴 대 새로운 얼굴 또는 물체에 대한 반응에서의 뇌 활동 패턴을 구별할 수 있는 fMRI의 능력이다(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)). 연구들은 상기 효과가 무인식에서 발생함을 나타낸다(Milner,Philos, Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 352(1358):1249-1256(1997); Berns et al., Science 276:1272-1275(1997)). 게다가, 뇌의 다른 부분은 예를 들어, 얼굴 대 가구와 같이 다른 의미 카테고리의 시청각 자극(예를 들어, 미디어) 노출에 대한 반응에서 활동한다(Ishai et al., J. Cogn. Neurosci. 12:35-51(2000);Haxby et al., Science 293:2425-2430(2001);Haxby et al., Biol. Pshchiatry 51:59-67(2002)).
대상 집단에 대한 시청각 미디어 영향의 평가는 이러한 미디어 제작자(광고주, 필름제작자)의 관심 분야이다. 현재, 이러한 평가는 시청률을 조사(닐슨 시청률(Nielsen's rating))하여 대상 집단의 주관적인 생각을 대규모로 값비싸게 조사하는 것을 통해 일반적으로 이루어졌었다. 이러한 기술은 값비싸고 반응을 예측하는 능력이 제한적이다. 게다가, 미디어 부분의 완성전의 제작 기간 동안 내용과 형태의 조정이 가능한 시간 평가에 의한 객관적인 평가가 불가능하였다. 최근에, 미디어에 대한 뇌 반응을 측정하기 위해 EEG/ERP를 사용하고자 하는 첫번째 시도가 로시터(Rossiter)에 의해 이루어졌다(J. Advertising Res. 41(3월-4월, 2001). 그러나, EEG를 사용한 상술한 거짓말 탐지 방법의 한계성은 미디어 영향의 평가에 대한 접근법의 사용을 제한한다. 따라서, 대중 또는 대중 영역에 대한 미디어 메시지의 영향을 예측하기 위해서는 신뢰할 만하며, 간단하고 비침해적인 방법 또는 시스템이 요구된다.
범죄행위 지식 테스트(GKT) : GKT는 범죄에 연루된 용의자만이 아는 범죄 항목에 대한 사전 지식을 정신생리학적으로 탐지하는 거짓말 탐지 심문방법이다(Lykken et al., Integr. Physiol. Behav. Sci. 26:214-222(1991);Elaad et al., J. Appl. Psychol, 77:757-767(1992)). GKT는 정신생리학(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)) 및 ERP 조사(Rosenfeld et al., Int. J. Neurosci. 42:157-161(1988);Farwell et al. Psychophysiology 28:531-347(1991);Allen et al., Psychophysiology 29:504-522(1992))에서 거짓말 모델로 적용되어왔다. 통상적인 실험실에서의 GKT에서는, 대상에 대한 연속적인 질문 또는 진술에 대한 반응에서 "아니오"라고 대답하도록 지시하며, 상기 연속되는 질문 또는 진술의 일부에 대한 답은 조사자 및 참가자 모두에게 "예"라고 알려져있으나; 참가자는 조사자의 지식을 모를 수도 있다. 범죄수사와 실험적 GKT간의 중요한 차이점은 후자의 경우, 조사자에 의해 거짓말을 시인하도록 할 수 있다는 것이다(Furedy et al., 1991).
통상적인 거짓말의 정의를 따르면서, 실험적인 거짓말을 수행하는 것은 비도덕적 행동으로 대상이 인지하지 못하므로 범죄수사상에서 처럼 죄의식 또는 불안감을 야기하지 않는다. 결과적으로, 실험상 조건하에서 거짓말에 민감한 방법은 불안감에 의존하지 않으므로 따라서 거짓말 탐지의 한계로 부터 자유롭다.
-발명의 요약-
본 발명의 목적은, 특히 최근 미국에 대한 테러리스트의 활동이라는 관점에서, 개체에 의한 거짓말을 객관적으로 탐지하는 시스템 및 방법 또는 표식을 제공하는 것이다; 따라서, 거짓말에 의해 무고한 집단이 해를 입기 전에 범인의 의도및 공범자들을 확실하게 탐지할 수 있게 한다. 테러 또는 마약 밀매에 연루된 개체 또는 개체의 네트워크에 대한 정보는 범죄로 부터 사회를 보호하고 그들의 활동을 방지하는데 가장 중요한 요소이다. 민주주의의 원리는 용의자 및 그들의 공모자에 대한 심문을 위한 법 집행부의 수단을 제한하며, 의도적인 거짓말은 수집된 자료에 대한 가치 및 신뢰성을 떨어뜨린다.
최근에는, 거짓말 탐지기가 일반적으로 사용되는 유일한 객관적 심문 디바이스(device)다. 그러나, 전술한 바와 같이, 거짓말 탐지기는 단지 신경 시스템의 말초적 현상만을 모니터하므로 거짓말 탐지기의 확실성 및 정확성이 의심되어왔다. 그러나, 말초적인 신경 시스템이 아닌, 인간의 뇌는 본 발명의 조사자들이 추구하는 자료의 궁극적인 존재 위치이다. 또한, 거짓말 탐지기 결과의 변화성은 고의적인 거짓말과 함께 감정적 자극(죄의식 또는 불안감)과 연관되어 발생할 수 있다. 거짓-양성 결과는 탄저병 공격 조사에 관하여 일어날 수 있는 것과 같이 대부분 무고한 다수의 개체를 향하여 앉아있어 불안해하는 대상에게는 일반적이다. 거짓 양성 결과는 특히 거짓말 탐지기 대응책으로 교육받은 용의자에 의한 것일 수 있고, 스트레스에 비정상적으로 불안한 반응을 갖는 사람일 수도 있다. 직업 범죄자에게는 일반적인 반사회적 인격 장애를 갖는 개체는 심문을 포함한 다양한 자극에 대해 불안한 반응의 정도가 감소되었을 수 있다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은 개체의 뇌 활동을 fMRI 또는 다른 뇌혈류 및 산소화 측정 방법을 통해 직접 영상화하고 지도화하여 얻은 뇌 활동 데이타의 자동화 또는 반-자동화 분석에 기초한 보편적인 거짓말 탐지 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 fMRI 거짓말 패러다임(paradigm)의 상술한 원리를, 예를 들어 얼굴 인식의 지식과 관련된 거짓말에 적용하는 방법 및 시스템을 제공한다. 좀 더 구체적으로, 상기 시스템 및 방법은 개체가 진실 또는 거짓을 말하는지, 대상이 이전에 다른 개체를 알거나 또는 특정 물체에 친숙한지를 결정할 수 있다.
실시예 1의 테스트는 변형이 가능한 패러다임을 제공하고, 본 발명의 연구에서 확립한 뇌의 반응 패턴에 대한 인간의 다양성(예를 들어, 성별, 모국어, 잘쓰는 손등)에 따른 효과를 확립하기 위해 만든 기준 가치를 제공한다. 따라서 제공된 원형은 "실제 생활" 용의자를 테스트하는 데 유용하다. 원형 테스트의 결과는 (a) 거짓말과 진실간의 인지 차이점은 개체의 fMRI에서 관찰된 신경의 상호관계를 가지며;(b) 진실 반응의 변경은 의도적인 거짓말의 기본 성분이고;(c) 뇌의 전방 대상 및 전전방 피질은 인간이 거짓말하는 동안 활동하는 기본적인 신경 회로의 성분이며; 및 (d) MRI는 거짓말 및 전에 본 물체의 인식과 같이 거짓말 탐지와 관련된 다른 인지 과정의 연구에 유망하고 효과적인 도구임을 나타내며, 변호를 위해 중요한 도구 및 범인 재판 시스템 및 거짓말을 탐지하는 것이 가치있는 다른 많은 분야에서 사용 가능하다.
실시예 3의 테스트는 변형 가능한 패러다임을 제공하고 본 발명의연구에서 확립한 뇌의 반응 패턴에 대한 개체의 다양성(예를 들어, 자회경제적 위치, 나이 등)에 따른 효과를 확립하기 위한 기준 가치를 제공한다. 따라서 제공된 원형은 실제 미디어 분야의 테스트에 유용하다. 원형 테스트의 결과는 (a) 다른 의미 및 감정적 관계의 두 미디어 분야사이의 인지적 차이점은 fMRI에 의해 관찰된 신경 상호관계를 가지며;(b) MRI 시그날은 미디어 분야에 의해 유도된 주관적인 감정과 관계가 있고; 및 (c) MRI는 미디어에 반응하는 그룹 및 개체의 연구에 유망하고 효과적인 도구이며 최적의 효과를 얻고 비바람직한 반응 및 영향을 최소화한 미디어 내용 및 형태를 제작하는데 효과적인 도구이다.
본 출원은 2001년 6월15일 출원한 60/298,780을 우선권으로 청구한다.
본 발명은 연구의 목적, 예를 들어, 개체가 진실한지 또는 거짓인지 및/또는 개체가 어떤 얼굴 또는 물체에 대한 기존 지식을 가지는 지를 탐지하고 평가하기 위해서 또한, 미디어 메시지에 대한 개체의 인지적/감정적 반응을 결정하기 위해 기능성 뇌 영상법을 통해 개체의 뇌 활동 변화 측정을 사용하는 분야에 관한 것이다.
본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하기 위하여 도면을 첨부한다. 도면에서는 본 발명을 설명하기 위한 목적으로, 본 발명에서 가장 바람직한 실시예를 나타낸다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따라 사건-관련 fMRI에 적용된 컴퓨터화된 GKT의 부분을 나타내는 도면이다. 각각 "진실"(하트의 2), "거짓"(클럽의 5) 및 "대조구"(스페이드의 10)는 16회를 나타내고, 각각이 비-대상 카드는 2회을 나타낸다. 자극 표현 시간은 3초였고, 자극 간 간격은 12초, 총 표현 수는 88이었다. 표현 순서는 무작위적으로 추출하였다(무작위로 선별).
도 2는 본 발명에 따라 ACC, 중앙 오른쪽 SFG, 전전방 피질의 왼쪽 경계, 왼쪽 배측 전운동 피질, 및 왼쪽 전방 벽측 피질에서 "거짓"과 "진실"을 비교한 후 fMRI 시그날의 상당한 증가를 나타내는 표준 MRI 주형상에 투사된 SPM{t} 지도의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 ASL fMRI로 나타낸 바와 같이, 헤로인-관련 분야 대 중성 미디어 분야를 함유하는 비디오를 시청할 때 3명의 아편중독 환자에서의 통계적으로 중요한 rCBF 차이점의 평균을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 기록된 마약 사용을 원할 시의 주관적인 감정 및 마약 중독 환자의 중뇌에서의 MRI 시그날 강도 사이에서 높은 수준의 분명한 상관성을 나타내는 그래프이다.
거짓말, 좀 더 구체적으로, "의도적인 거짓말"은 속이기 위해 개체의 마음속에서 생성된 의도적인 행동이고, 거짓말을 야기하는 개체와 차이가 있는 사실의 인지, 및 실제로는, 일반적으로 사실과는 다르다. 본 발명은 개체가 진실된 반응을 억제하려는 것으로 부터 유도된, 거짓말을 하는 개체의 국소 뇌 활동을 통한 시스템 및 방법을 제공하고, 의도적인 거짓말에 대한 표식을 포함한다. 본 발명은 (1) 거짓말을 하는 개체, 및 사실을 말하는 동일 인물에서의 뇌 활동 차이를 fMRI를 사용하여 탐지하고 국재화할 수 있으며; (2)정상적인 성인에서, GKT와 같은 전형적인 거짓말 모델은 진실 반응을 거짓 반응으로 변경하는 것관 연관있는 대상 및 전전두엽 피질의 일부를 활동시킨다.
패러다임을 위해 사용된 테스트 연구의 구체적인 내용을 실시예 1에 나타내었으며, 이하 좀 더 구체적으로 설명한다. 개체에게 질문할 공식적인, 다수의 선택 타입을 제공하여 작업을 준비하였는데, 개체가 진실로 믿는 사실을 의도적으로 부인하도록 하여 거짓말을 모델화하였다. 예를 들어 범죄 용의자에게 적용된다면, 사실에 대한 지식, 및 상기 사실과 관련된 거짓말은 직접 또는 간접적인 범죄 연루(증언을 포함)를 의미한다. GKT를 수행한 집단의 표본 샘플에서의 거짓 및 진실된반응동안 MRI 시그날을 비교하기 위해 4-테스라(Tesla)(4-T) 제너럴 일렉트릭 MRI 스캐너에서 사건-관련 GKT 및 BOLD fMRI를 사용하여 결과를 얻었다. 데이타는 통계적인 매개변수 지도화(SPM99)를 사용하여 자동적으로 분석되었다.
간략하게, 상기 접근법은 다음과 같다. 자극 표현의 속도 및 존속 기간과 뇌의 fMRI 영상 획득 속도(반복 시간(TR))는 TR의 배수인 속도로 시각적인 자극의 표현(예를 들어, 사진 또는 카드)을 유발하는 각 TR 간격의 시작점에서 스캐너를 통해 방사된 전자파를 통해 일치시킨다. 따라서 개체 자극과 fMRI 영상은 직접적으로 일치한다. 인접한 자극에 의해 유도된 시그날 변화는 1차원적으로 첨가된다는 가정하에 각 개체의 보셀에 대해, 자극-의존적 활동을 활동의 시간 시리즈의 복수 회귀 대 지체된 자극 연속 세트를 통해 평가하였다(Maccotta et al., 2001). 이러한 기술을 "사건-관련 fMRI"라 한다(Aguirre, In Functional MRI(Moonen and Bandettini, eds.), pp.369-381, Springer-Verlag, New York, 1999). 매우 짧은 간격의 연속적인 자극 보다 긴(20-30초) 훈련(블록)에 대한 뇌 rCBF 반응의 지도화가 또한 가능하고 이러한 패러다임을 "블록 디자인 fMRI"라 한다.
MRI는 뇌 활동을 비-침해적으로 영상화하는 가장 확립된 방법이나, 상품화된 근적외선 흡광기(Near Infrared Spectroscopy)와 같은, 국소 대뇌 혈류 및 산소화를 측정하기 위한 추가적인 실험 방법을 본 발명에서의 fMRI와 같은 식으로 일반적인 의사들에 의해 사용될 수 있다. 그럼에도, fMRI는 동일한 개체에 대한 반복적인 연구가 가능하므로 현재 목적과 가장 연관성이 있고, 비-침해적(예를 들어, IV 선 또는 방사능 노출을 요구하지 않음)이며 완성된 기술이다. 본 발명의 fMRI 연구는통상적인 1.5 스캐너보다 개선되어 시그날-대-노이즈 비율이 향상되었기 때문에 고 자장 필드 스캐너(1.5T 보다는 4T)를 사용하였다(Maldjian et al., 1999). 다른 스캐닝 방법으로 교체할 수도 있다.
일반적인 선형 모델에서 매개변수 통계학을 채택하는 표준 접근법(Statistical Parametric Mapping 또는 SPM99')이 이미 발전되어왔고 fMRI 영상 분석을 위한 통계적 패키지는 구매 가능하다. MRI 실험에서 통계적 파워 분석은 인지 MRI 실험에서의 효과가 확립되지 않고 일반적으로 2 내지 5% 범위이므로 열띤 연구 분야이다.
본 발명은 거짓말 모델로 타당성이 입증되었으나 거짓말 탐지를 위해 MRI와 결합시킨 적이 없는 GKT 테스트 버젼을 통해 예증되었다. 어떠 타입의 거짓말 모델도 이전에 MRI와 결합된 적은 없었다. 그러나, 본 발명에서 fMRI를 적용하였을 때, 대상 회전의 전방부(대상 피질 전방부 또는 ACC), 우상전회(SFG) 및 좌측면 전전두엽에서 좌전방 두정 피질로 확장된 인접 영역(좌측면 전전두엽 피질 또는 좌 PFC)에서의 증가된 활동이 특히 거짓 반응과 연관되어 있음을 알 수 있었다. 따라서, 상기 결과로 (a) 거짓말과 진실간의 인지 차이는 fMRI 영상법을 통해 탐지되는 신경 상호관계를 가지며; 및 (b) ACC, SFG 및 PFC는 개체가 거짓말을 할때 기본 신경 회로의 성분임을 확인하였다.
ACC 및 배측방 전전두엽 피질(DLPFC) 활동은 "우성유전력(prepotent)"(예를 들어, 기본) 반응의 억제, 분열된 주의력, 또는 새롭고 제한없는 반응을 포함하는 실행 기능 업무에 기록되어있다(Carter et al., Science 280:747-749(1998)). 반응억제 패러다임인, 스트룹(Stroop) 업무를 다룬 최근 fMRI 연구는 충동 반응 경향을 모니터 하기 위해 ACC의 역할을 협소시켰으며 우측 ACC 활동 정도는 반응 충돌 정도에 비례하고 좌측 DLPFC 활동에는 반비례적으로 관련있음을 보여준다(Carter et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97:1944-1948(2000)); MacDonald et al., Science 288:1835-1838(2000)). "거짓말" 반응 동안 우측 ACC의 활동 증가는 우성 유전력 반응(진실)과의 충돌 및 변경이 일어남을 나타낸다.
"거짓말"동안 뇌의 다른 활동은 또한 ACC에 인접한 우측 SFG 면(BA 8)을 포함하며, 이는 GKT 거짓말 동안 기능의 연속성을 나타낸다(Koski et al., Exp. Brain Res. 133:55-65(2000)). 영장류 연구는 BA 8 및 ACC간의 풍부한 영상뿐만 아니라 이전에 습득한 앞다리 운동에서 BA 8의 억제 역할을 정의하였다(Oishi et al., Neurosci. Res. 8:202-209(1990); Bates et al., J. Comp. Neurol. 336:221-228(1993)). 결과적으로, 좌측 배 전운동 및 전전두엽 피질 및 두정 피질의 교차점에서의 활동 증가는 "거짓말" 버튼을 누르는 동안 적당한 반응 버튼에 오른쪽 엄지손가락이 가도록 지시하는 운동 조절 요구의 증가와 관련될 것이다. 이러한 활동의 증가는 진실 반응 억제를 "극복"하기 위한 추가적인 노력을 반영하는 것이다.
중요하게도, 상술한 뇌 영역은 "진실"할 때보다는 "거짓말"을 할때 더욱 활동적임을 확인하였으나 "거짓말"할 때 보다 "진실"할 때 더욱 활동적인 뇌 영역은 없었다. 이는 "진실"이 기본적인 인지 상태이고 거짓말은 진실에서 인지 과정의 수행을 요구하며, 이는 상술한 바와 같이, "진실"이 아닌 "거짓말"을 할 동안 별도의 뇌 활동을 유도한다는 것이다.
본 발명에서 GKT는 적당하게 긍정적인 지원(본 발명에서는 소정의 금전적 보상)과 함께 거짓말을 해야하는 동기를 유지하는 동안 불안한 반응이 최소화되도록 디자인되었다. 모든 참가자들은 GKT 동안 또는 이후에 어떠한 주관적인 불안감 증상을 나타내지 않았다. 유사하게, 연구를 수행하는 임상가는 양성 피부 전도 반응, 불안감, 또는 감정과 빈번하게 연관되는 영역의 활동을 확인하지 못하였다(Gur et al., J. Cereb. Blood Flow Metab. 7:173-177(1987); Chua et al., NeuroImage 9:563-571(1999); Critchley et al., J. Neurosci. 20:3033-3040(2000)). 따라서, ACC 활동은 불안감과 상호관계를 나타내지 않았다. 그럼에도 불구하고, ACC의 일부분이 감정적인 자료 처리와 관련이 있기 때문에, 본 데이타 단독으로는 불안감 또는 감정-관련 활동을 완전하게 배제할 수 없다(Whalen et al., Biol. Psychiatry 44:1219-1228(1998)).
결과적으로, 본 테스트 연구는 패러다임 디자인으로 부터 인식된 한계 및 MRI 환경에 의한 제한을 갖고 있어, 보충, 고찰이 첨가되었다.
첫번째로, "영역(field)" 조건하에서, 거짓말은 선택 요소 및 하기의 테스트 상황에서 보다 많은 위험 및 감정 요소를 포함한다. 위험을 조작하는 데 참가자들이 선택 가능한 패러다임을 GKT에 보충한 것은 눈확(orbitofrontal) 피질과 같이 거짓말-특이 활동의 또 다른 영역을 밝혀내었다(Bechara et al., Cereb. Cortex 10:295-307(2000)). 또한, 민감성 인공물이 눈확 피질의 BOLD fMRI를 제한하기 때문에, 대체적인 영상법 결과가 장점을 제공한다.
둘째로, 사건-관련 테스트 디자인의 12-초 내부-시도 간격이 단일 기간에 존재할 수 있는 자극의 수를 제한하므로 결과물의 통계적 능력도 제한된다. 결과적으로, 거짓말과 진실 자극의 반복은 사건-관련 BOLD fMRI 패러다임의 고유이 낮은 능력을 증폭하는 데 필요하였다(Aguirre, 1999). 그러나, 거짓말 탐지기를 사용하더라고, 이래드(Elaad)는 반복적인 GKT 자극을 사용한 거짓말 탐지의 정확성 저하를 기록하지 않았다(Elaad et al., 1997). 본 GKT 테스트는 분석에 포함되는 모든 자극의 동일한 반복에 의한 습관화 및 "오드볼(oddball)" 효과에 의해 조절된다(대조구, 거짓말, 진실). 보다 빠른 자극 표현 속도 및 다양한 상호-시도 간격("지터(jitter)")을 갖는 변형 사건-관련 패러다임은 두드러진 자극의 반복을 보다 감소시킬 수 있다(Burock et al., 1998).
세째로, 진실 및 거짓말 카드(도 1)는 같은 짝패와 숫자가 다르다. 모양과 색 구별은 대상활동이 아닌 두정 및 후두 활동과 연관이 있고, 진실 및 거짓말 카드간의 그래픽 차이는 ACC 활동을 야기하지 않는 듯 하다(Farah et al., Trends Cognit. Sci. 3:179-186(1999)). 이러한 의문을 해결하기 위한 제안은 숫자만 다른 카드 또는 단순한 숫자 카드 놀이를 사용하는 GKT를 사용한 경우의 연구 결과의 반복을 포함한다.
마지막으로, 본 MRI 데이타는 거짓말 탐지기의 제한된 신뢰성때문에 ERP 또는 거짓말 탐지기 기록과는 상호관계가 없었다(Office of Technology Assessment, 1990). 동시 ERP 및 MRI 기록은 강한 자기 영역에 의해 방해받아 최근 연구의 초점이 되고 있다(Goldman et al., Clin. Neurophysiol. 111:1974-1980(2000)).
본 발명의 시스템 및 방법을 실시예예서 보다 구체적으로 설명할 것이나 청구된 본 발명을 정의하는 일반적인 원리를 유지한 변화일 경우 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 의심되는 협력자의 영상 또는 물리적 증거가 실시예에서 사용된 카드를 대신할 수 있다. 다른 컴퓨터 또는 스캐너 모델 또는 브랜드가 실시예에서 사용된 것과 동일한 기능을 수행한다면 대체할 수 있다. 이러한 변화 및 교체는 상기 분석을 수행하는 일반적인 임상가 또는 실행가의 능령과 본 발명의 범주내에서 가능하다.
질문 및 법 집행에서 거짓말과 은닉된 지식의 탐지외에도, 본 발명의 기술의 적용 분야는 사회 법, 상업 정신의학 및 심리학을 포함한다. 예를 들어,
1) 범죄 조사뿐만 아니라, 시민 집단에서 무죄(예를 들어, 탄저균 공격 조사에 관련하여 수천명의 연방정부 고용인을 스크리닝하는 것)를 주장하기 위해;
2) 개인 및 정부 보험업자에 대한 정신의학적 및 다른 의학적 장애를 위한 주장을 평가하는 것과 같은, 법의학적 적용분야; 또는
3) 거짓말-타입 뇌 반응을 나타낼것 같지 않은 무의식적 억압 대신 의도적인 부인으로 특징되는 뇌 활동 증가의 증거로 심리치료 과정의 정신의학적 진단 및 객관적인 평가 및 거짓 대 진실 "회복된" 기억에 대한 평가를 위해 사용될 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다. 이하 실시예는 당 분야의 당 업자들에게 설명의 목적으로 제공되며 이에 본 발명을 한정하고자 하는 의도가 아니다. 또한, 하기 실시예는 첨부된 청구항의 범주를 한정하고자 하는 의미가 아니다. 따라서, 본 발명은 하기 실시예에 한정됨을 의미하지 않으며, 본발명에서 제공된 내용의 결과를 증명하는 대부분의 변형을 포함하고자 하는 의미이다.
실시예 1 : GKT 테스트 연구
22 내지 50살(평균 32살), 12 내지 20년의 교육기간(평균 15년)을 갖는 23명의 건강한 오른손잡이 참가자(11명 남자 및 12명 여자)를 펜실베니아 대학 커뮤니티에서 모집하였다. 참가자들을 스캔하기 전에 심리적 정상상태를 확인하기 위해 증상 체크리스트-90-개정판(Symptom Checklist-90-Revised)(SCL-90-R) 및 DSM-Ⅳ(American Psychiatric Association Diagnostic and Statistical Manual, 4th Edition)-기초 인터뷰로 스크린하였다. 또한 그들에게 스캔 동안 및/또는 후에 경험한 불안 증상에 대해 질문하였다{SCL-90 아이템 2, 4, 12, 17, 23, 31, 39, 55, 57, 72, 78}(Derogatis, et al., Br. J. Psychiatry 128:280-289(1976)에 출판된 조사 내용 참조).
퍼레디(Furedy) 등 (1991)에 의해 기술된 GKT의 "높은-동기" 버젼을 다음과 같이 적용하였다: (1) 숫자가 표시된 손으로 만든 카드 대신, 숫자가 표시된 놀이 카드(도 1)를 사용하였다, (2) 두개의 비-돌출(no-salient) 카드 타입을 경계 및 주의를 확보하고 돌출 카드의 반복된 효과를 조절하기 위해 추가하였다. 돌출 자극의 다수 반복에 대한 필요성 및 참가자의 경계를 유지하기 위한 특별한 노력을 사건-관련 fMRI 패러다임 디자인에 도입하였다(Aguirre, 1999). 클럽 5("거짓"), 11의 다르게 숫자화된 놀이 카드("비-대상"), 하트 2("진실") 및 스페이드 10("대조구")의 4 카테고리 카드를 사용하였다.
거짓말, 비-대상, 및 진실 카드는 " 이 카드를 가지고 있습니까"라는 질문을 가지고 있다. 대조구는 무차별적인 "아니오" 반응을 탐지하기 위해 " 이 카드는 스페이드 10입니까"라는 질문을 갖고 있었다. 상기 대조구는 참가자가 무차별적인 "아니오" 반응을 보이는 대신 모든 카드의 상단에 있는 질문을 읽도록 하였다. 비-대상은 무작위 형태를 도입하였고 22분 이상 반복적으로 3 카드만이 존재할 경우 예상되는 습관성과 지루함을 줄였다. 진실은 반복(습관성) 효과를 조절하기 위해 거짓말과 같은 수로 존재시켰다.
참가자들에게는 그들의 주머니에 숨겨진 한 카드 대신 어떠한 다른 카드에 대해 거짓말 할 경우 보상을 몰수할 것이라고 말하였다. 이는 비-대상 및 진실 카드를 갖지 않은 진실을 시인하고, 거짓말 카드를 갖지 않은 진실(거짓말)을 부인하며 스페이드 10의 대조구에 대한 진실을 시인하도록 하였다. 총 88자극에 대해 거짓말, 진실, 및 대조구는 16번 존재하였고, 각 비-대상은 2번만 존재하였다. 무작위적인 숫자 생성기를 사용하여 각각 3초동안 자극이 존재하도록 하였다. 상호-자극 간격은 12초(Aguirre, 1999)이고 총 지속기간은 1320초(22분)였다.
파워랩 소프트웨어(PowerLab software)(Chute et al., Behav. Res. Methods Instruments Comput. 28:311-31491996))(MacLaboratory, Inc., Devon, PA)를 사용하여 선택된 숫자화 놀이 카드 및 첨가된 그래픽(도 1)의 스캔 영상으로 부터 GKT를 정리하였다.
모든 참가자들은 카드 게임에 친숙하였으나, 도박 문제의 경력은 없었다. 참가자들에게 20 달러 지폐와 클럽 5의 놀이 카드를 함유하는 3개의 봉인된 봉투 중하나를 집도록 지시하였다. 참가자들은 모든 봉투가 동일한 내용물을 가지고 있는 지 알지 못하였다. 참가자들에게 비밀스럽게 봉투를 개봉하고, 카드를 기억한 후 다시 봉투에 집어넣고 이를 그들의 주머니에 감추도록 하였다. 참가자들에게 MRI 지속 기간동안 GKT를 관리하고 그들의 뇌 활동을 분석하는 "컴퓨터"에게 그들의 카드 정체를 숨기는 것을 성공하면 20달러를 가질 수 있다고 하였다. 이후 참가자들은 에코-평면 영상법을 위해 장착된 고 영역 MR 스캐너(4테스라 MRI 스캐너, GE 시그나)에 자리하였다.
파워랩을 수행하고 비디오 프로젝터와 연결된 컴퓨터(애플)를 사용하여 참가자의 발밑에서 고주파 헤드 코일 내부 거울을 통해 볼 수 있는 스크린 상에 GKT를 후방 투사하였다. 두개의 버튼 섬유-광학 반응 패드를 오른손-엄지손가락으로 누르도록 "예" 또는 "아니오" 반응을 만들었다(Current Designs, Philadelphia, PA). 반응을 애플 컴퓨터에 공급하고 파워랩을 통해 기록하였다. 영상 획득을 사건-관련 방법으로 자극 표현과 일치시켰다. 시상 T1-가중 정위기 및 전체 뇌의 T1-가중 획득을 축면에서 수행하였다(24㎝ FOV, 256×256 메트릭스, 3-㎜ 슬라이스 두께). 상기 결과를 기능성 데이타의 해부 중첩 및 상기 데이타 세트를 표준 아트라스(standard atlas)에 공간적으로 표준화하는 데 사용하였다.
기능성 영상법을 다수 슬라이스 증감(gradient)-에코 에코-평면 영상법을 사용하여 축면에서 수행하였다(21 슬라이스, 5㎜ 두께, 스킵(skip) 없음, TR 5 3000, TE 4 40, 및 3.75×3.75 3 4㎜의 효과적인 보셀 해상력). 오프라인 복구를 위해 fMRI 미처리 에코 진폭을 저장하고 메모리 소스에 전송하였다(썬 울트라스파크 10,썬 마이크로시스템, 마운틴 뷰, 캘리포니아). 각각의 영상에서 영상 뒤틀림 및 교체 k-공간 선 오류의 교정은 위상-기호화 참조 영상법(Phase-encoded reference imaging) 동안 얻은 데이타를 기초로 하였다(알솝, 방사선학 197:388(1995)).
통계적 분석은 프릿슨(Friston) 등이 기술한 바(Hum. Brain Mapping 2:165-189(1995a); Hum. Brain Mapping 2:189-210(1995b))에 따라 조직내에서 발전된 인터액티브 데이타 랭귀지(Interactive Data Language)(IDL)(리서치 시스템사, 콜로라도, 볼더)인터페이스(interface)를 사용한 매트랩(Matlab)(더 매트워크사, 메사추세츠, 셔본)이 구현되는 SPM99(인지 신경학의 웰컴 부, 영국)를 사용하여 수행하였다. 상기 SPM99에서 T1-가중 영상을 표준 아트라스에 대해 표준화하였다(Talairach et al., In Co-planar Sterotaxic of the Human Brain. 3-Dimensional Proportional System: An Approach to Cerebral Imaging, Thieme, 뉴욕, 1988). 슬라이스-획득 타이밍 교정을 싱크 내삽법(sync interpolation)을 사용하여 기능성 데이타에서 수행하였다. 기능성 데이타 세트는 이후 참조한 첫번째 영상을 사용하여 SPM99에서 움직임(motion)을 교정하였다. 기능성 데이타 세트를 영상 헤더 자료를 사용하여 탈라이라크(Talairach) 공간에 대해 표준화하여 탈라이라크 공간에서 T1-가중 해부 영상에 대한 SPM99에서 산출된 변형과 결합하여 상기 데이타 세트 및 T1-가중 영상간의 16-매개변수 유사의 변형을 결정하였다(Maldjian et al., J. Comput. Assisted Tomogr. 21:910-912(1997)). 표준화 데이타 세트를 싱크-내삽법을 사용하여 탈라이라크 공간에서 4×4×4㎜로 재시험하였다. 데이타 세트를 2분의 1-최적 가우시안 마무리 커넬(Gaussian smoothing kernel)에서12×12×12㎜ 전체 너비를 사용하여 마무리하였다.
통계적인 매개변수 지도화(SPM) 분석을 위해서, 시간 및 분산 유도체에 따른 정준 혈류역학 반응 기능을 영상 수단의 비례적인 크기 조정에 따라서 기본 기능으로 적용하였다. 일시적인 마무리, 디트렌딩(detrending), 및 고 패스 필터링을 SPM 분석의 일부로 수행하였다. SPM 투사 지도(SPMs)를 SPM99에서 일반 선형 모델(GLM)을 사용하여 산출하였다. GLM 회귀 계수사이에서 피실험자간의 대조를 주요 대조:" 거짓말 대 진실"에 대해 SPM99에서 산출하였다.
제2 단계 분석법을 수행하여 개체의 대조 지도를 사용한 SPM99에서 무작위 효과 모델을 사용하여 그룹 SPMs을 산출하였다(Holmes et al., NeuroImage 7:S754(1988)). T 값 분포의 최종 SPM[t} 지도를 단위 정상 분포 SPM{Z}로 변형하였다. Z 와 T는 모두 사건의 관찰 빈도와 주어진 시도 수에서 우연하게 발생할 것으로 기대되는 사건간의 차이점을 나타낸 표준 표로 부터 이용하라 수 있는 기본적인 통계 값이다. Z와 T 값이 높을 수록, 사건이 무작위로 일어날 가능성은 줄어든다. P는 Z 또는 T의 특정 값의 확률이고, 0.01의 P가 한계점이며, SPM9에서 구현되는 가우시안 영역 이론을 사용하여 공간 확장(P<0.05)을 위해 교정하였다. 해부 영역을 본 발명의 fMRI 데이타를 사용한 동일 SPM99 탈라이라크 주형에 표준화 디지탈 MRI 아트라스(Kikinis et al., IEEE Trans. Visualization Comput. Graph. 2:2223-2241(1996))를 사용하여 자동적으로 정의하였다. 최종 한계 SPM은 MEDx(MEDx 3.3; 센서 시스템사, 스텔링, 버지니아) 소프트웨어를 사용하여 표준 T1 주형상에 중첩시켰다.
GKT의 진실 또는 거짓말 자극에 대한 반응에서 총 두개 이상의 오류를 만들 거나 또는 총 세개 이상의 오류를 만든 경우는 분석에서 제외시켰다. 또한 각 개체의 Z 지도가 Z 값에서 비해부학적 곡선 변화를 함유하면, 움직임 인공물(스캔 동안 피실험자의 움직임에 의한 영상의 뒤틀림)을 나타내므로 분석으로 부터 참가자들을 배제시켰다(Hajnal et al., Magn. Reson. Med. 31:283-291(1994)). 실제로, 분석동안, 4명의 참가자가 움직임 인공물때문에 배제되었고, 한명은 GKT에서 100% 오류율때문에 배제되었다. 정확한 반응률은 97 내지 100%였다. 총 88 시도에서, 9명의 참가자가 오류가 없었고, 네명은 1개의 오류, 세명은 2개의 오류, 및 두명은 3개의 오류를 만들었다. 거짓말, 진실 또는 대조구 카드에서 2개 이상의 오류를 만든 참가자는 없었다. 따라서, 분석에 포함된 최종 참가자의 수는 18명이었다.
몬트리올 신경학 연구소 좌표(SPM99 산출)를 탈라이라크 아트라스(Talairach et al., 1988)로 결정한 비선형 변형(Duncan et al., Science 289:457-460(2000)) 및 해부학적인 브로드만 영역(BA)를 사용하여 정위(stereostactic) 탈라이라크 좌표({x;y;z}로 언급)로 전환하였다. SPM99에서, 조건 A 및 조건 B간의 "대조"는 단지 양성적 차이(증가)이고; 감소를 탐지하기 위해 역 가감(B 빼기 A)을 수행하였다.
결과:
"거짓말 대 진실" 대조에서(표 1, 도 2), 중요한 BOLD 시그날 증가의 두 집단이 존재하였다. 첫번째는 BA 24, 32, 및 8, 탈라이라크 {x;y;z} 좌표{0;21;28}에서 광범위한 활성 피크 및 {4;33;43} 과 {0;26;47}에서 국소 피크를 포함하는, 좌전방 대상회전(ACC)으로 부터 우상 전회(SFG)의 중간 면으로 확장된 146-보셀 집단이다. 두번째는 전전두엽 경계면으로 부터 배측 전운동 피질로 확장되고 또한 중심 구(sulcus)로 부터 벽내구(intraparietal sulcus)의 낮은 뱅크(BA 40의 가장자리에서 BA 1-3)로 확장된 전방 두정 피질을 포함하고, [-63;-17;45}에서 광범위한 활성 피크 및 {-59;-10;41}과 {-55;3;51}에서 국소 피크를 갖는, 두개미측(craniocaudal)의 축을 따라 U-형태인 91-보셀 집단이다.
하기 표 1은 "거짓말" 및 "진실" 조건간의 중요한 fMRI 시그날 차이 집단( 도 2)에서 활성 피크의 탈라이라크 좌표, 뇌회(gyrus)(Talairach et al., 1988) 및 브로드만 영역(BA) 위치를 나타낸다.
| 집단 크기(보셀) | Z | 탈라이라크 좌표 | BA | 뇌회 | ||
| x | Y | z | ||||
| 146 | 3.8 | -1 | 16 | 29 | 24;32 | 전방 대상 |
| 3.17 | 3 | 28 | 43 | 6;8 | 우상 전두 | |
| 3.15 | 0 | 24 | 52 | 8 | 전두 | |
| 91 | 3.58 | -57 | -23 | 41 | 1;2;3;40 | 좌측 후중심 |
| 3.40 | -54 | -15 | 38 | 3;4;6 | 좌측 전 및 후중심 | |
| 3.19 | -50 | -3 | 49 | 6 | 좌측 전중심 |
주의: 보셀 수준 한계 T= 2.57, 다수의 비교에 대해 P < 0.001 비교정 및 0.05 교정, 공간 크기 한계 >80 보셀. 굵은 숫자는 집단의 광범위 피크에 상응하고; 이태릭체는 동일한 연속 집단내에서 국소 피크를 나타낸다.
결론;
상기 결과는 사건-관련 fMRI 및 GKT 거짓말 모델을 사용하여 거짓말과 진실을 말하는 것 사이에 중요한 차이점이 있음을 증명하였다. 이러한 발견은 fMRI로탐지할 수 있는 뇌 활동 수준에서 거짓말과 진실간의 신경생리학적 차이가 존재함을 의미한다. 거짓말-관련 활동의 해부학적 분포는 거짓말이 우성유전적(진실한) 반응과의 충돌 및 변경을 포함함을 의미한다. 예를 들어, 잘쓰는 손의 효과 테스트, 언어 또는 성별, 또는 GKT에 대한 친숙도를 기초로 한 거짓말 등급 생성, 또는 피실험자에 의해 구현된 반대-측정의 효과 테스트(예를 들어, 표현된 자극에 반응하면서 질문 또는 명령에는 반응하지 않는 것 등)를 포함하는 패러다임 디자인과 영상 분석 방법론의 개선법은 가장한 거짓말 패러다임의 특징 및 통계적 능력을 더욱 증가시키고 개체 수준에서 거짓말의 예측가능한 활동 패턴을 확립하게 한다.
실시예 2 : 낯익은 얼굴 인식
다른 개체(예를 들어 공범)와 알고 있는 것에 대해 수사관을 의도적으로 속이고자 하는 음모 용의자는 fMRI를 통해 탐지되는 뇌 기능에서 두개의 매개변수를 나타낸다. 첫째는 공범 인식(또는 그/그녀의 영상)을 의도적으로 부인하는 것이다. 둘째는 새로운 얼굴 또는 물체에 대한 반응과는 다른 낯익은 얼굴 또는 물체에 대한 반응이다.
얼굴 인식 동안 뇌 활동 패턴의 연구는 전시된 얼굴에 대한 사전 친근감 정도의 효과뿐만 아니라 낯익은 대 새로운 얼굴에 대한 뇌 반응에서 상당한 차이점을 나타낸다(Haxby, 2002; Glahn et al., 1997; Henson et al., 2001; Schlack et al., 2001, Gobbini et al., 2001). 따라서, 실시예 1의 원리를 개체가 얼굴을 인식하는지에 대한 질문에 적용할 수 있고, 본 데이타는 GKT 타입 패러다임에서 자극으로 얼굴을 사용할 때 놀이 카드로 확립된 GKT 패러다임 만큼 강하거나 보다 더강한(진폭 및/또는 공간 분포에서) 반응을 보인다.
어떤 연구는 자각없이도 상기 효과가 일어날 수 있음을 나타낸다(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)). 결과적으로, 실시예 1의 fMRI 거짓말 패러다임에서 상술한 원리는 면식에 관한 거짓말에 적용가능하고 거짓말 없이 새로운 대 낯익은 얼굴 또는 물체 인식과 연관된 뇌 활동 지도화와 연속적으로 결합가능하다.
실시예 3: 미디어 자료에 대한 뇌 반응
상술한 실시예 1의 fMRI 거짓말 패러다임 원리를 영화, 비디오 필름 클립, 또는 광고와 같은 미디어 자료를 보는 개체에게 적용할 수 있다. 이 경우, 거짓말을 조사하기 보다는, 상기 자료를 개체에 대한 자료의 효과를 설명하기 위해 사용한다. 바람직한 영향을 얻기 위한 미디어 내용물을 조정하기 위해 예를 들어, 혐오, 즐거움, 흥분 또는 기억-환기 자극과 같은 뇌 반응의 알려진 패턴을 사용한다. 이 연구는 상업적인 시청각 미디어에 대한 인지(예를 들어, 주의력) 및 감정(예를 들어, 환기) 표식으로써 반응 자기 공명 시그날을 사용하여 조사하였다. 시그날 및 최종 데이타의 표현 및 평가에 있어서, 실시예 1을 변형하여 피실험자를 선택하고 분석하였다.
데이타 획득:
피실험자들은 기준 미디어 분야(대조구 자료)를 본 이후에 동일 기간 동안 대상 미디어 분야를 보게된다(마약 및 중성 비디오 순서를 무작위화하는 것은 MRI시스템 드리프트에 의한 시스템적 오류 위험을 제거하는 반면, 본 발명의 발명자에 의해 얻은 데이타는 마약에서 중성적 단서로의 상당한 이월 효과를 나타낸다). 사용된 대상 필름은 가짜 헤로인을 준비하고 투여하면서 두명의 남자 헤로인 사용자가 마약에 관한 대화를 하는 장면을 묘사한다. 기준 필름은 벌새의 생활에 대한 자연 필름이다. 도 3은 탈라이라크 공간에서 T1 MRI 상에 투사된 ASL fMRI으로 결정한 3명의 마약 중독 환자에서 헤로인 사용에 관한 영화와 벌새에 관한 영화에 대한 뇌 반응의 rCBF 차이의 평균치를 나타낸다. 두 필름은 피부 전도 반응과의 상호관계를 통해 정당성을 입증하였고 본 발명의 발명자의 실험실에서 여러번의 사전 연구에서 사용하였다.
영상법은 시상 스카우트 스캔(TR/TE=500/10 mseconds, 128×256, 5㎜ 두께, 2분), 스포일드(spoiled) 글라스(GRASS)로 준비된 3D 역 복원(IR)을 사용한 분해 스캔으로 이루어지고, 이후 동맥 스핀 표지(ASL) 관류 시퀀스(sequence)를 사용한 fMRI (TR/TE = 3400/18 mseconds, 64×40, 10슬라이스, 50mseconds 획득 시간/슬라이스, 8㎜ 두께/2㎜ sp, 해상력 3.75×3.75×10㎜, FOV 24㎝, 180 반복률, 10분)로 이루어진다. 상기 ASL 시퀀스는 삽입된 광범위(대조구) 및 슬라이스-선택(표지) 역 복원 증감 에코 에코평면 획득으로 이루어진다. 특정한 날카로운 펄스(FOCI)를 획득물간의 시스템 오류를 최소화하기 위한 스핀 표지에 적용하였다. 볼러스(bolus) 부착 동안은 FOCI 펄스이후에 800ms의 부착 영역에서 포화 펄스를 수행하고 이후 영상 획득전에 1-초 후-표지 지연으로 정의된다. 피실험자의 손가락에 붙어있는 펄스 옥시미터(oxymeter)로 매 30초 마다 연속적으로 심장 박동을 얻어 시험하였다.
상기 대상 미디어 부분에서 묘사한 마약 사용에 대한 욕구 평가와 분노, 성적 환기 및 기억력과 같은 다른 주관적인 감정을 고정 간격에서 또는 지속 기간을 통해 연속적으로 수행하였다. 피실험자는 다수 버튼을 갖는 반응 패드를 사용하는 데 이는 조사자에게 상술한 감정을 어느 정도 경험했는지 전달할 수 있도록 한다. 피부 전도, 음경 종창상태, 심장 및 호흡 속도 및 혈압과 같은 또 다른 매개변수를 필요하다면 얻을 수 있다.
진행 절차:
주지된 문서 동의 이후에, 피실험자는 스캐너에 자리하였다. 비디오 분야를 피실험자의 발 밑에서 스크린상에 투사하고 고주파 헤드 코일 내부에 부착된 프리즘 유리의 도움으로 보았다. 소리는 스캐너 소음을 감소시키는 귀마개를 통해 끼워진 플라스틱 튜브를 통해 공기중 전도를 통해 전달하였다. 비디오는 10분간 지속하고 VAS가 시행되고 MRI가 정지한 동안 전후로 4분간 빈 회색 스크린을 보여주었다. VAS는 자극-유도 헤로인 열망의 변화를 나타내는 지표로 사용하였다. 피실험자는 섬유-광학 반응 패드를 사용하여 반응하였다.
표 2는 영상법 기간의 시작부터 경과한 시간의 관점에서 변수의 징후를 나타내는 MRI 기간 시간 스케줄이다. (x)는 선택적(상쇄된) 순서를 나타낸다.
| 경과 시간(분) | 0 | 6 | 16 | 20 | 30 |
| 구조 MRI | x | ||||
| fMRI | x | x | |||
| 대상 부분 | x | ||||
| 비-대상 부분 | x | ||||
| 주관적 증상 | x | x | x | x | x |
데이타 분석:
데이타를 오프라인에서 재구성하고, 움직임 인공물을 교정하고 SPM99'(28, http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/)를 사용하여 마무리 하였다. 표지 영상 시리즈를 선형 또는 싱크 내삽법을 사용한 하나의 TR을 통해 적절하게 변경하였다. 관류 대조 영상을 시간-조절 표지 및 대조구 이미지 간의 각 쌍에 따른 가감을 통해 제조하였다. 도 4는 헤로인을 사용하고자 하는 욕구 변화와 중뇌 영역에서 rCBF 변화간의 상호관계를 나타낸다. CBG 값으로의 전환은 일반적인 PASL 관류 모델을 사용하여 이루었다. 마약 및 비-마약 비디오 동안의 CBF 시그날을 SPM99를 사용하여 피실험자간에서 비교하였다.
개체 활동 지도(베타 또는 상관계수)를 탈라이라크 공간에 따라 표준화하고 메타돈 플라즈마 수준 및 심장 박동과 서로 관련시켜서 환자와 대조구간의 아편 욕망과 생리학적 매개변수와 연관된 뇌 영역을 탐지하였다. ANOVA 분석법을 표준화된 개체 데이타상에서 수행하여 마약 암시 및 집단의 테스트 효과를 연구하였고, 상기 탐지한 뇌 영역에서 시간 경과에 따른 CBF 변화의 일시적 발달을 더욱 연구하기 위관심 영역 분석을 수행하였다.
결과:
1) 대상 집단에 대해 매우 감정적인 가치의 미디어 부분은 중성적 가치의 미디어 부분과는 다른 뇌 반응을 중뇌, 시상, 도, 및 편도에서 유도해 낸다. 이러한 효과는 헤로인에 중독되지 않은 대조구 피실험자, 또는 보상 및 동기의 중재와 관련된, 후두부 피질과 같은 뇌 영역에서는 관찰되지 않는다.
2) 상기 영역(중뇌) 일부에서의 뇌 반응은 관객의 주관적인 감정과 상호관계가 있다.
3) 4-T에서의 관류 fMRI은 개체뿐만 아니라 대상 집단에 대한 미디어 영향을 연구하기 위해 유망한 기술이다.
따라서, 본 발명에서 기술한 방법은 대상 집단 또는 특정 개체에 대해 최대한 바람직한 영향을 얻기 위한 미디어 부분의 내용을 효과적으로 제작하는 데 유용하다.
본 명세서에서 전술한 각각의 모든 특허, 특허 출원 및 출판물을 본 발명의 참조 문헌으로 포함시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예 및 본 발명의 목적을 전술하였으나, 본 발명의 다양한 변형 및 또 다른 실시예가 가능함은 당 분야의 당 업자들에게 자명하고 본 발명에서 상술한 내용은 본 발명의 범주내에서 변형이 가능하다. 이러한 변형, 상응하는 변경 및 또 다른 실시예를 첨부된 청구항의 범주내에 포함하고자 한다.
Claims (16)
- 개체의 대뇌피질 활동 변화를 측정하는 단계 및 상기 개체에 의한 거짓말 또는 진실의 변경을 객관적으로 탐지하기 위해 상기 변화를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개체의 진실 또는 거짓 반응을 제공하는 가에 대한 객관적이고 비침해적인 개체 탐지 방법.
- 해부학적 패턴의 인지와 관련하여 개체의 대뇌피질 활동 변화를 시간 경과에 따라 측정하는 단계 및 알려진 인식능의 뇌 국재화(localization)와 비교하여 상기 변화를 객관적으로 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 해부학적 패턴의 개체 인지를 객관적으로 결정하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 해부학적 패턴은 인간의 얼굴 또는 얼굴 영상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개체의 대뇌피질 활동은 기능성 자기 공명 영상법(fMRI)을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계는 자동화 또는 반자동화된 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개체의 대상 피질 및 전전두엽 피질의 전방부 활동은 진실된 반응의 거짓된 변경과 연관되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은개체가 진실 또는 거짓 방법으로 선택 질문에 반응할 때 기능성 MRI를 통해 축면에서 전체 뇌 영상의 가중 획득을 얻고, fMRI 미처리 에코 진폭을 저장하고 메모리 소스에 전달하는 단계;각각의 영상에서 영상의 뒤틀림 또는 움직임 및 교체 k-공간선 오류를 교정하는 단계;반응 패드에서 "예" 또는 "아니오" 반응을 야기하는 선택 질문에 대한 피실험자의 반응을 기록하는 단계;상기 반응 및 데이타를 컴퓨터 시스템에 전송하는 단계;상기 영상 데이타와 기록된 반응을 일치시키는 단계;기능성 데이타의 해부 중첩을 표준 아트라스(atlas)에 따라 공간적으로 표준화시키는 단계;데이타 및 상응하는 반응 세트를 탈라이라크(Talairach) 공간에 따라 표준화시키는 단계; 및거짓말이 각 반응과 연관되었는가를 결정하기 위해 반응과 관련된 데이터를컴퓨터 시스템으로 통계적으로 분석하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 시청각 미디어 자료에 노출되어 반응하는 개체의 대뇌피질 활동 변화를 측정하는 단계, 및 상기 개체에 의한 인지 및 감정 반응을 객관적으로 결정하기 위해 상기 변화를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시청각 미디어 자료 노출의 효과를 개체로 부터 객관적이며 비침해적으로 결정하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 개체의 대뇌피질 활동은 기능성 자기 공명 영상법(fMRI)을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 단계는 자동화 또는 반자동화인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항 내지 제10항 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 대상 집단을 대표하는 복수의 개체에 대해 시청각 미디어 자료의 결합 효과를 평가하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 개체 또는 대상 집단을 적어도 하나의 매우 감정적인 가치의 시청각 미디어 자료의 강연 및 적어도하나의 중성적 가치에 노출시키는 단계; 중성적 가치의 미디어와 비교하여 매우 감정적인 가치의 시청각 미디어 자료에 노출된 개체 또는 대상 집단의 다른 뇌 반응을 기록하는 단계, 및 개체 또는 대상 집단에 최적의 효과를 갖는 미디어 자료에 집중하여 상기 기록된 결과를 평가하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 개체의 대상 피질 및 전전두엽 피질 전방부의 중뇌, 시상, 도, 및 편도 활동은 매우 감정적인 가치를 갖는 시청각 미디어 자료에 노출되는 것과 연관이 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은개체가 선택된 시청각 미디어 자료에 노출될 때 기능성 MRI를 통해 축면에서 전체 뇌 영상의 가중 획득을 얻고, fMRI 미처리 에코 진폭을 저장하고 메모리 소스에 전달하는 단계;각각의 영상에서 영상의 뒤틀림 또는 움직임 및 교체 k-공간선 오류를 교정하는 단계;선택된 테스트 시청각 미디어 자료에 노출된 개체에 의한 반응을 기록하는 단계;상기 반응 및 데이타를 컴퓨터 시스템에 전송하는 단계;상기 영상 데이타와 기록된 반응을 일치시키는 단계;기능성 데이타의 해부 중첩을 표준 아트라스(atlas) 또는 중성적 가치의 시청각 미디어 자료에 노출된 동일 개체에 의한 대조 표준 평가에 따라 공간적으로 표준화시키는 단계;데이타 및 상응하는 반응 세트를 탈라이라크(Talairach) 공간에 따라 표준화시키는 단계; 및상기 개체에 대해 선택된 테스트 시청각 자료의 영향을 결정하기 위해 반응과 관련된 데이타를 통계적으로 분석하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 개체가 선택 질문에 진실 또는 거짓 방식으로 반응할 때 매개체를 갖고 읽을 수 있는 시그날로 데이타를 기록할 수 있는 능력을 갖는 반응하는 개체의 피질 활동 변화 측정용 MRI 기초 컴퓨터 시스템, ;기능성 MRI를 통해 축면에서 전체 뇌 영상의 가중 획득을 얻고, fMRI 미처리 에코 진폭을 저장하고 메모리 소스에 전달하는 수단;반응 패드에서 "예" 또는 "아니오" 반응을 야기하는 선택 질문에 대한 피실험자의 반응을 기록하는 수단;상기 반응 및 데이타를 컴퓨터 시스템에 전송하는 수단;상기 영상 데이타를 기록된 반응과 일치시키는 단계;기능성 데이타의 해부 중층을 표준 아트라스(atlas)에 따라 공간적으로 표준화시키는 수단;데이타 및 상응하는 반응 세트를 탈라이라크(Talairach) 공간에 따라 표준화시키는 수단; 및거짓말이 각 반응과 연관되었는가를 결정하기 위해 반응과 관련된 데이터를 컴퓨터 시스템으로 통계적으로 분석하는 수단을 포함하는 개체가 진실 또는 거짓 반응을 제공하는가에 대한 객관적이고 비침해적인 개체 탐지 시스템.
- 매개체를 갖고 읽을 수 있는 시그날로 데이타를 기록할 수 있는 능력을 가지는 시청각 미디어 자료에 노출되어 반응하는 개체의 피질 활동 변화를 측정하기 위한 MRI 기초 컴퓨터 시스템;개체가 선택된 시청각 미디어 자료에 노출될 때 기능성 MRI를 통해 축면에서 전체 뇌 영상의 가중 획득을 얻고, fMRI 미처리 에코 진폭을 저장하고 메모리 소스에 전달하는 수단;각각의 영상에서 영상의 뒤틀림 또는 움직임 및 교체 k-공간선 오류를 교정하는 수단;선택 테스트 시청각 미디어 자료에 노출된 개체에 의한 반응을 기록하는 수단;상기 반응 및 데이타를 컴퓨터 시스템에 전송하는 수단;상기 영상 데이타를 기록된 반응과 일치시키는 수단;기능성 데이타의 해부 중첩을 표준 아트라스(atlas) 또는 중성적 가치의 시청각 미디어 자료에 노출된 동일 개체에 의한 대조 표준 평가에 따라 공간적으로표준화시키는 수단;데이타 및 상응하는 반응 세트를 탈라이라크(Talairach) 공간에 따라 표준화시키는 수단; 및상기 개체에 대해 선택된 테스트 시청각 자료의 영향을 결정하기 위해 반응에 관련된 데이터를 통계적으로 분석하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택된 시청각 미디어 자료에 대한 노출의 효과를 개체로 부터 객관적이고 비침해적으로 결정하기 위한 시스템.
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