УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1999 года по МПК A61B5/04 

Предлагаемое техническое решение относится к области анализа психофизиологических реакций человека на вербальные тесты и может найти применение как в медицинских целях так и судебной практике.

К числу устройств этого класса относятся, в частности полиграфы, стресс-детекторы по голосу, тензометрические платформы для оценки психофизиологического состояния человека. Предназначение всех подобных устройств - установление честности или нечестности субъекта при ответе на заданный ему конкретный вопрос. Проблемой всех устройств подобного типа является вскрытие латентной структуры тестируемого субъекта. Иными словами, выявление посредством специально организованного эксперимента проявлений у субъекта "рефлекса правдивости" на вербальное воздействие (сообщаемую ему в форме серии вопросов информацию).

Данное техническое решение направлено на совершенствование одного из наиболее распространенных в правоохранительной практике технических средств контроля честности-полиграфа.

Полиграфом (детектором лжи) принято именовать устройство анализа психофизиологических параметров организма человека, основанное на экспериментально подтверждаемой, устойчиво воспроизводимой связи между попыткой субъекта солгать и "запускаемых" в результате этой попытки малых изменений (эмоционального стресса) в его психике.

Задаваемые субъекту в рамках психофизиологического эксперимента вопросы принято интерпретировать как тесты, а рефлекторные реакции на эти воздействия организма тестируемого субъекта - как проявление того, что принято считать присущим каждому человеку 'рефлексом правдивости'
Суть его в том, что в продолжении интервала от нескольких единиц до нескольких десятков секунд после тестирующего вопроса в организме происходят рефлекторные изменения динамических характеристик пульса, дыхания, гальванического сопротивления кожи, кровяного давления, а также ряда других поддающихся прямому измерению параметров. При этом в характере протекания реакций на релевантный и на иррелевантный вопросы имеются принципиальные различия. Последнее и является, собственно, тем методическим основанием, на котором строится принцип любого полиграфа.

Воздействие вербальных тестов на психофизиологическое состояние человека изучено на практике довольно-таки подробно. Поскольку реакции организма имеют устойчивую форму протекания, их можно использовать в качестве бинарного ("да" или "нет") ответа на соответствующий тестовый вопрос, поскольку этот ответ не контролируется сознанием, результат тестирования несет полную информацию о честности тестируемого субъекта и в силу этого представляет интерес для использования в практике сыска и в судебных процедурах. Поскольку процедура тестирования на полиграфе в каких-то случаях может оказать влияние на принятие решений в отношении судьбы человека, особенно важным представляется аспект достоверности в том, что касается анализа конкретных результатов тестирования.

Испытание на полиграфе (Poligraph Examination) в качестве метода, к которому прибегают в ходе следственных действий и судебных процедур, получило наибольшее распространение в США, где зарегистрировано свыше двух тысяч единиц используемого оборудования этого типа. Озабоченность американского общества проблемой надежности тестирования на полиграфе проявилась с принятием в 1988 году Конгрессом США специального закона о защите от полиграфа - Employee Polygraph Protection Act (EPPA) .Акт дает возможность защитить наемного работника от произвольного истолкования, а также от нарушения конфиденциальности результатов тестирования.

Что же касается источника указанных результатов, то гарантировать на 100% верную идентификацию реакций конкретного субъекта на все тесты невозможно в принципе. Потому логичным является стремление к максимальному значению апостериорной вероятности принятия верного решения. Для этого требуется, во-первых, стандартизировать и унифицировать все процедуры испытаний на полиграфе, добиваясь минимизации произвола персонала, обслуживающего прибор, а, во-вторых, максимально расширить базу анализа регистрируемых реакций субъекта на тестовые воздействия.

Однако наиболее сложные и труднорешаемые задачи состоят в анализе реакций испытуемого субъекта на тестовые вопросы. В сущности, если не вникать в психофизиологические детали, сама по себе задача анализа данных полиграфа не выходит за рамки стандартных процедур, применяемых при статистической обработке выборки многомерных данных любого другого натурного эксперимента. Следует, однако считаться с тем, что в данном случае источник данных - личность. Поэтому эти данные заведомо уникальны и неусредняемы (как по ансамблю источников, так и по выборке). Но это положение ставит под сомнение не только и даже не столько тот или иной метод статистической обработки данных тестовых испытаний, а всю статистическую парадигму принятия решений по психофизиологическим реакциям человека на вербальные тесты. Для настоящего технического решения это положение имеет принципиальное значение, поэтому здесь придется войти в некоторые подробности.

Минимума произвольных действий со стороны персонала достигают формализацией и транспарентностью всех процедур подготовки и задания вопросов. "Вопросник" готовится индивидуально и представляет собой серию контрольных, релевантных и иррелевантных (нейтральных) вопросов. Для каждого из тестовых вопросов предусматриваются возможные ответы только в форме "да" или "нет". С перечнем вопросов испытуемый должен быть ознакомлен еще до начала испытаний. В перечень вопросов не могут включаться темы, затрагивающие свободу совести, политику и сферу личной жизни. Не могут задаваться вопросы неуместные, а также унижающие личное достоинство. В ходе испытаний исключается как метод любое психологическое давление, вопросы должны задаваться монотонно и неартикулированно. Предусмотрена возможность прекращения в любой момент по желанию испытуемого продолжения процедуры. Обязательны письменные гарантии психологической безопасности теста для испытуемого на полиграфе, подписанные врачем-психиатром. В общем, накопленный в мировой практике опыт эксплуатации полиграфов дает возможность в значительной степени стандартизировать тестирование и унифицировать его процедуры, сводя к минимуму субъективизм, привносимый оператором.

Результаты патентного поиска, обсуждаемые ниже, а также материалы научных публикаций по проблеме испытаний на полиграфе позволяют судить о безраздельном господстве статистического подхода к вынесению решений о честности или нечестности испытуемого субъекта. Общим для каждого из рассматриваемых ниже технических решений является наличие противоречия между специализацией средств регистрации реакций и унификацией методов их обработки. Например, кожно-гальванические реакции (КГР), дыхание, пульс и давление крови регистрируются принципиально различными видами чувствительных элементов (датчиков), но полученные от них электрические сигналы после аналогово-цифрового преобразования обрабатываются с помощью единого для всех типов реакций решающего правила. Реакции фиксируются в виде графиков, уклонение которых в некоторых точках от некоторых пороговых значений рассматривается в плане подтверждения или неподтверждения априорной гипотезы. Каждую реакцию анализируют отдельно. Анализ состоит в сравнении поведения графика на определенных участках с некоторым референтным типом поведения. Разность между гомогенными кривыми дает в итоге результат, который истолковывается как бинарный ("есть" или "нет") ответ на стимул. Таким образом, можно говорить о том, что суть всех выявленных технических решений полиграфов сводится к решению задачи обнаружения в нестационарном случайном процессе сигнала, форма которого известна. А поскольку задача такого типа сходно решается в разнообразных приложениях, вполне логичным представляется использование стандартного подхода теории статистических решений и к данной проблеме.

Простое и важное правило теории статистических решений состоит в том, чтобы сравнивать между собой апостериорные вероятности различных гипотез и принимать ту из них, которой отвечает наибольшая апостериорная вероятность. Поскольку испытания на полиграфе подразумевают выбор между двумя гипотезами, решающее правило имеет вид двухальтернативной простой гипотезы. Кратко опишем формализм правила.

Символами h₁ и h₂ обозначим действительные значения тех латентных переменных (истинных значений ответов), которые должны быть выявлены в ходе психофизиологического эксперимента, а символами H₁ и Н₂ обозначим те ответы, которые дает испытуемый в ходе сеанса тестирования. По другому эти ответы можно назвать гипотезами, нуждающимися в проверке.

Теория статистических решений предполагает, что a priori известны вероятности g₁= p(h₁) и g₂=p(h₂) действительных состояний субъекта h₁ и h₂, а сами эти состояния образуют полную группу событий, так что

После получения измерительной информации e₁, e₂ от чувствительных элементов полиграфа единственное изменение знаний о состоянии субъекта, которое возникает в связи с этим, состоит в переходе от априорных вероятностей p₁ и p₂ к вероятностям апостериорным p(h₁/e₁) и p(h₂/e₂).

Эти числа являются единственной реальной информацией, которую может использовать оператор полиграфа для принятия решения. Получив указанные числа, он сравнивает их между собой и, если p(h₁/е₁)>p(h₂/e₂), то принимает гипотезу H₁, а если, напротив, p(h₁/e₁)≤p(h₂/e₂), то альтернативную гипотезу H₂. Смысл описанного решающего правила в том, что принимается гипотеза более вероятная с учетом данных натурного эксперимента.

Это решающее правило может быть также записано и в более общей форме, с использованием теоремы Бейеса:
p(h_i/e_i) =p(e_i/h_i)g/i/p(e_i).

Наряду с последней в практике психофизиологических исследований используют и другие (превращенные) формы записи выражения для решающего правила, но суть не в форме, а в том, что измерения e_i, сколь бы ни было велико их число, в итоге лишь переводят одни вероятности в другие.

Рассмотрим более конкретно некоторые наиболее важные особенности аналогов предлагаемого технического решения.

Известна "Система автоматизированной обработки данных полиграфа" (US, патент, N 5327899, кл. A 61 B 51/04, 12.7.94), в которой данные собственно полиграфа являются входом, а оценка вероятности нечестного ответа - выходом. Процесс обработки сигналов полиграфа в системе начинается с их аналого-цифрового преобразования и превращения в некоторую безразмерную форму. Далее, сигнал в безразмерной форме подвергается стандартизирующему преобразованию с тем, чтобы выявить тонкие особенности, присущие реакциям на каждый из вопросов. Тонкие особенности реакций испытуемого на все релевантные вопросы за счет такого преобразования оказываются в итоге сопоставлены с реакциями на контрольные вопросы. Из всех стандартизированных результатов реакций на релевантные вопросы отбираются те, которые отвечают процентилю на уровне 80%. В итоге, посредством логистической регрессионной модели (logit) данные, которые отвечают указанному процентилю, преобразуются в оценку вероятности нечестного ответа. Для достижения задачи стандартизации и преобразования в безразмерную форму указанная система содержит блоки, которые служат целям подавления в данных циклических и апериодических трендов. Данные по кожно-гальванической реакции (КГР) и кардиологическая информация обрабатываются для освобождения от медленноменяющихся трендов, информация о пульсе получается в результате фильтрации циклической компоненты, от величины кровяного давления берут производную, верхнее дыхание исчиcляют от базового уровня.

Итогом преобразования является освобождение зафиксированных реакций от времени. Иными словами, времязависимые величины, являющиеся по своей природе случайными функциями, преобразуют в систему безразмерных величин, независимых от времени. Поскольку исчезает зависимость от времени, с результатом этих преобразований можно обращаться как с выборкой случайной величины и принимать решение на основе анализа поведения ее функции распределения (некоторого верхнего процентиля этой функции).

Недостатком такого подхода является сама идея освобождения от тренда ради удобства работать с аппаратом матстатистики, а не с аппаратом теории случайных функций, развитым не в пример хуже. Дело все в том, что характеристики тренда являются, в свою очередь, случайными функциями, а попытка их исключения (detrend) без точного знания этих характеристик производит, чаще всего, к "переглаживанию" исходного сигнала. В результате повышается риск ошибки 2 рода (пропуск сигнала). И, хотя с точки зрения правовой практики это все же лучше, чем риск ошибки 1 рода (ложная тревога), которая чревата несправедливым обвинением испытуемого в нечестности, сам подход связан с неконтролируемой ошибкой. Даже опытный специалист не сможет уверенно решить после удаления тренда: был или не был удален вместе с трендом полезный сигнал? Отметим, что сама идея построения процентилей по контрольным и релевантным данным эксперимента базируется на описанном выше принципе повышения апостериорной вероятности (надежности вывода о нечестности). Но, поскольку в процесс формирования гипотезы о нечестности вмешивается некоторое редактирование (detrend) исходных сигналов, улучшение оценки вероятности с ростом числа заданных релевантных вопросов может происходить медленнее, чем хотелось бы, или вообще не происходить.

Известно "Устройство для контроля физиологической информации" (RU, патент 2010326, кл. G 06 F 15/46, 20.10.92), которое фиксирует внимание на тех деталях, которые имеются в любом полиграфе (датчики, АЦП, процессор), но в качестве методической основы также подразумевается статистистический анализ.

Известны "Способ и система контроля физиологических параметров, измеряемых датчиками на субъекте (US, патент, 5047930, кл. A 61 F 5/04, 10.09.91), "Метод и система для анализа записей долгопериодических параметров результатов испытаний на полиграфе" (US, патент, 5299118, кл. G 06 F 15/42, 29.03.94), "Устройство для предотвращения угрозы внезапной остановки сердца" (US, патент, 5306293, кл. A 61 N 1/36, 26.04.94).

Каждое из указанных технических решений осуществляет обработку данных в форме многомерного процесса. В конечном итоге, все эти решения оперируют с данными, как с выборкой, то есть примерно в том же смысле, как это выше анализировалось для патента США N 5327899. Но данные не всегда обязательно выборка. В рассматриваемом случае функциональная зависимость данных от времени и от параметров, определяющих личность, критически важна. Однако получается, что именно эта зависимость-то и устраняется в результате операции центрирования случайного процесса. Налицо, вообще говоря, парадокс: по своему предназначению прибор предназначен для выявления индивидуальных реакций личности на некие вербальные стимулы, но непременным атрибутом любого из известных подходов, реализованных в перечисленных выше технических решениях, является устранение индивидуальной формы данных. При этом, заметим, имеет место не только центрирование, указанное действие вносит некоторую систематическую субъективную редакцию в данные. Тем самым центрирование происходит по произвольно исчисляемому, а вовсе не по референтному уровню анализируемого случайного процесса.

Общим недостатком подхода, основанного на статистической обработке той информации, которая несет индивидуальные особенности, является риск утраты этой индивидуальности при переходе от времязависимых функций к времянезависимым величинам. Этот риск нельзя уменьшить до нуля путем совершенствования статистического метода, поскольку идея статистики и идея индивидуального подхода являются по смыслу противоположными.

Таким образом, общая особенность выявленных аналогов технического решения состоит в максимизации апостериорной вероятности принимаемого решения. По сути различия между аналогами сводятся лишь к тем или иным формам инженерного воплощения указанного подхода. Результат неизбежно вероятностный. Он отражает уровень надежности вывода, состоящего в том, что уклонение зарегистрированной реакции от референтного уровня является не случайной флюктуацией, а значимым психофизиологическим событием.

Другая, более частная, но равно присущая всем выявленным аналогам особенность заключается в том, что все функции - съем, обработка, представление и анализ измерений - сосредоточены в одном компактном приборе. Эта особенность требует собирать в одном месте и в одно время испытуемого, ревизора, экспертов и технический персонал. Такой порядок проведения испытаний на полиграфе закреплен законодательно и даже имеет определенное обоснование с точки зрения психологии. Однако нельзя не отметить, что наличие собственно процессора и технического персонала в данной точке или же в удаленной непринципиально. Достаточно, чтобы в одном и том же месте одновременно находились испытуемый, ревизор, аппаратура съема данных и средства регистрации.

Наиболее близким техническим решением к данному является устройство для анализа психофизиологической информации, содержащее блок датчиков, выходы которого соединены с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, блок воспроизведения, выходы которого подключены ко входам блока отображения, узел запоминания, связанный посредством шин с блоком воспроизведения и блоком функциональных преобразователей (US, патент, 5029118, кл. A 61 B 5/04, 1991).

С учетом сказанного, известное устройство-прототип имеет следующие недостатки.

Повышенный уровень ошибки 2 рода, что влечет риск пропуска информационно ценных реакций при ответе испытуемого на релевантные вопросы.

Нивилирование индивидуальных различий личностей, создающее неудобства для изучения особенностей психотипов.

Недостаточная надежность (вероятностный характер) вывода о нечестности испытуемого при ответе на релевантный вопрос, требующая многократного подтверждения посредством варьирования формы вопроса.

Указанные недостатки ставят предел развитию полиграфического метода исследования характеристик личности, ограничивают возможность воспроизводимости эксперимента на полиграфе, снижают эффективность судебно-следственных процедур, основанных на использовании полиграфа.

Техническим результатом предложения является расширение диапазона исследуемых сигналов за счет анализа параметров, скрытых и неучитываемых при статистической обработке (функциональная "чувствительность" детектора), повышение достоверности результатов анализа за счет реконструкции динамического процесса реакции субъекта на стимул в виде фазовой траектории.

Кроме того, устройство обладает возможностью обеспечить удобство пользования аппаратурой за счет дистанционного разнесения субъекта контроля, комплекса датчиков и выходной аппаратуры визуального слежения за реакциями субъекта и аппаратуры средств обработки сигналов.

Технический результат достигается тем, что в устройство для анализа психофизиологической информации, содержащее блок датчиков, выходы которого соединены с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, блок функциональных преобразователей, блок воспроизведения, выходы которого подключены к блоку отображения, узел запоминания, связанный посредством шин с блоком воспроизведения блоком функциональных преобразователей, введен формирователь сигналов анимированного изображения, соответствующие выходы многоканального аналого-цифрового преобразователя подключены ко входам одноименных функциональных преобразователей блока, выходы каждого из которых подключены к одноименным входам формирователя сигналов анимированного изображения, выходы которого подключены ко входам блока воспроизведения, соответствующие шины узла запоминания подключены к одноименным шинам формирователя сигналов анимированного изображения.

Кроме того, в устройство введены группы приемопередатчиков, связь между соответствующими выходами многоканального аналого-цифрового преобразователя и входами одноименных функциональных преобразователей блока и связь между выходами блока воспроизведения и блоком отображения выполнена в виде одноименных приемопередатчиков соответственно первой и второй групп.

Суть настоящего изобретения сводится на идейном уровне к отказу от постулата устойчивости анализируемого процесса в пользу постулата динамической устойчивости. Конкретно это воплощается в переходе от анализа графиков (изображений), представляющих те или иные зависимости психофизических параметров от времени, к анализу фазовых портретов (анимаций), представляющих собой динамическую по природе, казуально связанную последовательность сцен.

Фазовый портрет представляет собой условное изображение поведения не отдельных параметров, а динамической системы "субъект" в целом.

Фазовый портрет не включает в себя ось времени в явной форме. Время входит в фазовый портрет через анимацию, динамическое изменение портрета. В пределе, определяемом временем релаксации процессов, вызванных стрессом от задаваемого вопроса, фазовый портрет представляет собой петлю в N мерном пространстве, которая описав несколько витков, возвращается в ту область пространства, которую покинула под воздействием стимула (очередного теста). Исключение времени при переходе к фазовому портрету происходит не через искусственный прием подавления медленноменяющихся трендов и/или фильтрации трендов циклических, как описывалось выше у аналогов, а посредством естественного выражения синхронно протекающих процессов друг через друга.

Простейшим аналогом подобного представления является переход от развертывания изображений зависимостей на экране осциллографа с помощью пилообразного генератора развертки к развертыванию одного сигнала другим. Возможные варианты указанного представления информации, так называемого когнитивного представления, описаны в статье Ракчеевой Т. А. "Когнитивное представление ритмической структуры ЭКГ" в журнале "Программные продукты и системы", N 2,1992 , стр. 38 - 47. Приведены различные виды представления измеряемых параметров ЭКГ в форму "фазового портрета", в котором каждый отчет ЭКГ изображают в виде точки, характеризующейся тремя параметрами (x, у, z), где x(t), y(t) - координаты точки на плоскости, а z(t)- дискретный параметр, кодирующий значения ЭКГ некоторым способом, например, разным цветом или символом.

Главная особенность фазового портрета - возможность детализации без потери общности. Движение изображающей точки по фазовому портрету будет адекватно представлениям об исследуемом субъекте, поскольку психическая деятельность человека является в обобщенном смысле одним из типов движения материи. Тип движения, формой которого является устойчиво проявляющийся психический феномен, будет по определению устойчивым. В силу последнего обстоятельства параметры этого движения должны быть измеримыми и воспроизводимыми в натурном эксперименте, под которым здесь подразумевается испытание на полиграфе. Отметим, что вероятность не может быть измерена физически, ее оценка вычисляется как функция данных, полученных в эксперименте, она есть косвенный по смыслу показатель.

Различать гетерогенные изменения можно не только в результате расчетов, но и визуально, на средствах графического отображения фазовой траектории (в виде анимированного изображения). Наблюдатель при этом фиксирует гетерогенные образы, отвечающие реакциям на релевантный и иррелевантный типы вопросов. Иными словами, для него не представляет сложности атрибутировать различия в динамическом типе поведения изображающей точки в указанных двух альтернативных случаях. После накопления экспертом определенного опыта в анализе характера наблюдаемых изменений можно говорить о безусловной распознаваемости двух разных по природе текстур (двух- или трехмерных изображений).

На фиг. 1 представлен один из возможных вариантов реализации устройства, на фиг. 2 приведен вариант устройства с дистанционным расположением частей оборудовании. На фиг. 3 представлен вариант возможного выполнения формирователя сигнала анимированного изображения. Устройство содержит блок 1 датчиков, включающий датчики, предназначенные для измерения различных физиологических параметров, таких как частота дыхания, давление крови, кожно-гальванические реакции и т.п. Датчики 2₁-2_n соединены с мультиплексором 3, подключение тех или иных датчиков можно регулировать при необходимости с помощью задания режима работы мультиплексора по шине управления 4₁. Информационные сигналы от датчиков 2_i-2_n, посредством мультиплексора поступают на соответствующие каналы многоканального аналого-цифрового преобразователя 5, в котором каждый вид измеряемых параметров преобразуют в цифровую форму для передачи сигналов для непосредственной их обработки и преобразования в вид, удобный для анализа реакций субъекта при проведении тестирования. В простейшем случае многоканальный аналого-цифровой преобразователь может быть выполнен в виде аналого-цифровых преобразователей, объединенных в блок.

Для первого этапа обработки измеряемых параметров каждой из групп физиологических датчиков используют разные функциональные зависимости, в связи с чем система содержит блок функциональных преобразователей 6, каждый из которых связан с соответствующим каналом многоканального АЦП 5 (либо с одноименным АЦП).

После предварительной обработки информационные сигналы поступают на одноименные входы формирователя 7 сигналов анимированного изображения. Этот блок предназначен для преобразования параметров в соответствующую точку фазового пространства на экране блока отображения.

Положение указанной точки и формирует портрет анимированного изображения, представляющего в конечном счете визуализированную многомерную реакцию субъекта на тест.

Для преобразования полученных в формирователе 7 сигналов в зрительный образ на экране блока отображения используют стандартный блок воспроизведения 8. Блок отображения 9 предназначен для визуального контроля за процессом тестирования.

В состав устройства также входят узел 10 запоминания. Связи между блоками 6,7 и 8 устройства и блоками узлом 10 осуществляют посредством стандартных шин управления 4, шин данных 11 и адресных шин A.

На фиг. 2 представлен вариант выполнения устройства, когда испытуемый субъект, блок 1 датчиков с АЦП 5 и блок 9 отображения находятся в одном месте, а аппаратура обработки (блоки 6,7,8 и 10) в другом, соединенная посредством приемопередатчиков 13₁ и 13₂ первой и второй группы с АЦП и блоком отображения соответственно. На фиг. 3 приведен пример возможной реализации формирователя сигналов анимированного изображения.

Работа устройства на указанном принципе осуществляется так.

Ревизор предъявляет испытуемому последовательность вопросов. Блок 1 датчиков регистрирует реакции испытуемого, а блок 5 АЦП осуществляет их представление в цифровой форме. Преобразованный в цифровую форму и переданный по каналу связи сигнал должен быть преобразован в точку фазовой траектории, отвечающую текущему моменту времени t, каждый вопрос обрабатывают отдельно. В целом, процесс повторяется n раз, где n - число дискретных отсчетов сигнала с датчика 2_i (реакции испытуемого) после предъявления ему очередного вопроса ревизора.

Сигнал параметра, например, кожно-гальванической реакции (КГР) в цифровой форме поступает на одноименный функциональный преобразователь 6, в котором используя, например, известный закон Вебера-Фехнера, измеренные во времени параметры КГР преобразуют в функцию интенсивности раздражающего фактора, представляющую собой монотонно и нелинейно возрастающую с ростом аргумента логистическую функцию. Другой параметр обрабатывается одновременно и аналогично в другом преобразователе блока 6.

Однако для того, чтобы измеренные параметры были преобразованы в анимированное изображение, при котором на экране блока отображения один параметрический сигнал являлся сигналом развертки для другого параметрического сигнала, а третий сигнал мог, например, менять цветовую гамму изображения, необходимо, как было указано выше, нормировать сигналы, чтобы они были близкими, например, по частоте и амплитуде, для этого и предусмотрен формирователь 7 сигналов анимированного изображения.

Для определения параметров развертывания вектора на фазовом портрете в устройстве предусмотрен режим тарировки, режим задания контрольных вопросов, по которым можно определить с достаточной степенью достоверности определенный уровень величины измеряемых параметров при ответах на релевантные и ирревалентные вопросы и модуль его изменения для каждого индивидума.

Эти параметры могут быть измерены по отдельным выходам 12 от каждого канала с блока АЦП они по шинам 12 поступают на пульт оператора (на чертеже не показан) для использования их при вычислении заданного диапазона работы соответствующих каналов формирователя 7 сигналов анимированного изображения. Эти значения могут быть вычислены эмпирически и введены в устройство в качестве задающих сигналов. Время отклика (реакции) испытуемого на вопрос также можно определить, оно имеет более и менее стабильное значение. Эта характеристика служит для задания периода отображаемого сигнала.

Таким образом, формирователь 7 служит для нормирования измеренных и преобразованных параметров с учетом индивидуальных данных испытуемого, и сопряжения параметров сигналов, поступающих для воспроизведения фазового портрета субъекта от разных датчиков.

Возможный пример осуществления приведен на фиг. 3. Формирователь 7 содержит умножители 15₁-15_n по числу датчиков (измеряемых параметров), один вход умножителя подключен к выходу соответствующего функционального преобразователя 6, другой вход - является входом 14₁-14_n задания величины сомножителя, который может быть вычислен, как было указано выше, исходя из условия соизмеримости сигналов при развертке и диапазона работы с каждым испытуемым. По шине управления 4 задают режим начала и периода развертки каждого сигнала. Сигнал от каждого функционального преобразователя масштабируют в формирователе 7, в результате чего в каждом канале обработки (для каждого измеряемого параметра) формируют "полиграмму" психофизиологической информации. Промасштабируемые данные могут также по шине 11 и адресной шине поступать в узел памяти 10 для запоминания.

Таким образом, на блок воспроизведения поступают от формирователя анимированного изображения "полиграммы" разных психофизических параметров.

При многомерном изображении фазового портрета полиграммы формируют пространственное изображение, подкрашенное разными полиграммами, как то, цвет, яркость, звук и т. п. приемы. Средства реализации блока воспроизведения являются стандартными средствами компьютерной графики с несколькими задающими сигналами. Примером возможной реализации блока воспроизведения в случае изменения яркости и полутонов изображения может служить подсистема обработки видеоданных, представляющая собой сопроцессор полутоновой обработки изображений, описанный Голяс Ю.Е. и др. Системы ввода и обработки изображений в ПЭВМ. Проектирование технических средств. М.: Машиностроение, 1993, стр. 111-115), вид которой приведен на фиг. 4.

Сопроцессор данной системы построен по функционально модульному типу и предназначен для ускоренного выполнения типовых процедур, например, полутоновых изображений. Обрабатываемые данные представляют массив кодов, которые могут поступать по шинам данных и могут храниться в специализированной видеопамяти.

Сопроцессор имеет набор функционально-ориентированных блоков, позволяющих осуществлять регулярные повторяющиеся операции передачи и арифметико-логической обработки данных.

Блок содержит интерфейсы 16 и 17, блок 18 микропрограммного управления, блок 19 гистограммной логики, блок 20 конвейерного арифметико-логического устройства. Интерфейс 16 предназначен для организации обмена данными между базовой ПЭВМ (в нашем случае каналы с выхода блока формирования анимированного изображения или шины данных 11) и сопроцессором блок 8 воспроизведения. Интерфейс 17 обеспечивает связь между модулем ввода видеоинформации (FRAME) и блоком 19 гистограммной логики, а также для формирования сигналов управления режимами отображения.

Кроме того через интерфейс 17 осуществляется синхронизация сопроцессора от тактовой последовательности модуля ввода (f_T).

Блок 18 представляет собой управляющее устройство, определяющее последовательность выполнения микрокоманд, например, сигналы, поступающие через интерфейс 16, интегрирует их как адреса микропрограмм, хранящихся в управляющих ПЗУ блоков сопроцессора (на чертеже не показаны).

Управляющие ПЗУ имеют общее адресное поле Y, формируемое блоком 18. На последовательность выполнения микрокоманд в микропроцессоре оказывают влияние сигналы состояния, поступающие в блок 18.

Блок 19 состоит из двух основных устройств: памяти гистограмм и гистограммной логики. Память гистограмм является быстродействующим оперативным ЗУ, предназначенным для аппаратной поддержки выполнения сопроцессором операции арифметико-логической обработки слов, данных длиной до 24 разрядов. Обмен данными осуществляется по следующим каналам: шина данных 11 память гистограмм блока 19; между видеопамятью и памятью гистограмм; и памятью гистограмм и блоком 20. Логика служит для вычисления гистограммы массива кодов яркости Q (МхМ). Результаты вычисления (гистограмма) находятся в ОЗУ.

Блок 20 является быстродействующим АЛУ конвейерного типа с пирамидальной параллельной архитектурой. Блок 20 предназначен для ускоренного выполнения операции свертки массива кодов яркости Q(MxM) с матрицей-краской НЧ и ВЧ-фильтра размером 3х3. Кроме того, блок 20 позволяет выполнить ряд дополнительных процедур, таких как наложение изображений, вычитание изображений, прямое сравнение изображений и некоторые другие операции над данными.

Преобразованные в формирователе 7 или с видеопамяти (на чертеже не показана) данные поступают по интерфейсам в сопроцессор (фиг. 4), в котором производят преобразование поступающих сигналов в сигналы кодов, например, разной яркости, как указано выше. Далее полученные значения стандартным образом отображаются на экране блока отображения 9.

Если визуально фиксируемый образ, сформировавшийся в блоке отображения как отклик на вербальное воздействие, не претерпел каких-либо (кроме масштабных) изменений, значит реакция испытуемого есть психофизиологический ответ на иррелевантный вопрос. Напротив, если образ стал топологически иным, значит имеет место реакция на релевантный вопрос. Если, положим, исходная фигура имела вид эллипса, как в случае гармонических ритмограмм, описанных в статье Ракчеевой Т. А. , то при иррелевантном вопросе она так и останется эллипсом, разве что изменит размеры своих полуосей; при релевантном вопросе реакция может иметь форму "восьмерки" или еще какой-то фигуры - такой, которую эллипсом признать уже никак нельзя. Получить результат можно по следующему алгоритму: есть топологическое изменение фазового портрета - есть реакция в смысле положительного рефлекторного ответа на задаваемый релевантный вопрос; есть только масштабные изменения фазового портрета - есть реакция в смысле отрицательного рефлекторного ответа на задаваемый релевантный вопрос; если изменения топологии отображаемого фазового портрета происходят в форме реакции на иррелевантный вопрос - имеет место спонтанный процесс в психике испытуемого, свидетельствующий о невозможности дальнейшего продолжения сеанса на полиграфе.

В случае дистанционного тестирования все сигналы, формирующие графический образ реакции испытуемого на тестовые вопросы, передаются через аппаратуру приемопередатчиков к блоку отображения, установленному в месте проведения сеанса испытаний на полиграфе. Тем самым обеспечивается съем и отображение данных в одном месте, а их математическая обработка - в другом. Такая организация позволяет использовать режим разделения времени и параллельную обработку.

Как было отмечено выше, рабочий цикл устройства определяется интервалом вопрос-реакция. Порядок задания вопросов ревизором испытуемому определяется некоторыми правилами, которые в рамках описания принципа действия устройства не имеет смысла описывать. Достаточно указать лишь следующее. Вопросы, которые ревизор в заранее определенном порядке задает испытуемому, делятся на три группы: контрольные, иррелевантные и релевантные. Контрольные вопросы позволяют проследить реакцию испытуемого в заведомо ложном ответе, поскольку смысл контрольных вопросов таков, что вынуждает испытуемого (например, по моральным соображениям) прибегать ко лжи. Иррелевантные вопросы позволяют проследить реакцию испытуемого в заведомо правдивом ответе. Смысл иррелевантных вопросов таков, что заведомо не вызывает эмоциональных реакций у испытуемого. Релевантные вопросы относятся к проблеме расследования и связаны с возможно скрываемой субъектом информацией. Реакция испытуемого на релевантный вопрос должна дать ответ на вопрос о латентной структуре объекта. Если реакция испытуемого на релевантный вопрос подобна той, что имела место при ответе на контрольный вопрос, значит можно сделать вывод о том, что ответ ложный; если реакция сходна с той, что была вызвана иррелевантным вопросом, значит ответ правдивый. Ответы испытуемого на вопросы ревизора протоколируются вместе с теми рефлекторными реакциями, которые были ими вызваны и зафиксированы датчиками в виде так называемых полиграмм - графического отображения психофизиологических откликов субъекта на воздействие вербальными тестами (на чертеже средства для протоколирования для простоты изложения не указаны). Блок 1 датчиков представляет собой стандартное медицинское оборудование, позволяющее с высокой точностью фиксировать такие, в частности, параметры организма испытуемого, как пульс, омическое сопротивление кожных покровов, частоту сердечных сокращений, артериальное давление крови, спирометрические характеристики.

Ценную информацию для решения задачи испытания на устройстве (полиграфе) несут не сами значения измеряемых датчиками параметров, а их изменения. Диапазон изменений любого параметра варьирует от личности к личности, но в принципе подчинен известному закону Вебера-Фехнера.

Пусть, например, данный конкретный датчик 21 измеряет так называемую кожно-гальваническую реакцию (КГР). Любой вопрос вызывает у испытуемого эту реакцию в форме нестационарного процесса, развивающегося в течение нескольких секунд после предъявления ревизором вопроса испытуемому.

Реакция на иррелевантный и релевантный вопросы протекают по разным траекториям. В традиционных технических решениях различие между определенными сопоставимыми точками этих траекторий (они имеют специальные названия, которые в рамках описания принципа работы нет смысла указывать) являются мерой близости вывода эксперта к тому или иному альтернативному варианту. Эксперт, который анализирует полиграмму КГР, по тому высоко или низко проходит траектория этой реакции, зафиксированная на шлейфовом графике, делает вывод о том, является ли ответ на релевантный вопрос ложным или правдивым.

При этом реакция испытуемого на контрольные и иррелевантные вопросы дают эксперту как бы "обучающему" выборку данных, поскольку задают диапазон индивидуальных реакций данного субъекта в смысле закона Вебера-Фехнера. По существу посредством этих вопросов происходит тарировка шкалы ответов субъекта. Эксперт при анализе реакций на релевантные вопросы уже знает, где располагается один конец диапазона (правда) и другой (ложь).

Проблемой традиционных технических решений, как уже отмечалось, является то, что индивидуальные различия "размывают" границы этого диапазона и лишают результаты испытаний определенности, что, в свою очередь, заставляет экспертов прибегать к формированию выборки однотипных реакций и ее анализу статистическим методом.

Пусть испытуемому задан иррелевантный вопрос. Тогда сигналы от датчика 2_i КГР и всех других типов датчиков будут в совокупности описывать устойчивый психологический процесс. Это означает, что топологическая структура фазового портрета этого процесса будет неизменной для реакции на все иррелевантные вопросы. Иными словами, изображение, которое формируется на экране или иных графических средствах как результат развертывания одной полиграммы (например, КГР) с помощью другой (например, дыхания) будет односвязным. Вид изображения (двумерной текстуры) может претерпевать при переходе от одного ирревалентного вопроса к другому масштабные изменения (сжиматься или растягиваться вдоль координатных осей), но не может меняться в топологическом смысле. Смысл: круг может превратиться в эллипс, но не может стать "восьмеркой".

Если двумерное изображение (в данном примере КГР в функции дыхания) развертывать с помощью еще одного параметра, например, артериального давления крови, то результат этого преобразования будет иметь вид трехмерной текстуры. Все рассуждения сохраняют прежний смысл: при переходе от одного иррелевантного вопроса к другому шар может превратиться в эллипсоид, но не может стать кубической (или конической) фигурой.

Многоканальность контроля позволяет продублировать реакции на вопросы, но при анализе визуализированного представления этих реакций фазовый портрет ограничен трехмерным декартовым пространством. Если необходимо увеличить число одновременно контролируемых реакций до 5-7, можно прибегнуть либо к построению "параллельных" трехмерных текстур из разных наборов контролируемых параметров, либо, помимо чисто геометрических изображений интенсивности реакций на средствах отображения, задействовать такие изобразительные средства, как цветовая шкала, высота звукового тона, частота проблесков, скорость движения изображающей точки и прочие приемы построения анимированных изображений. Для описанных целей может, например, использоваться программные средства мультимедийного представления многомерной информации, которыми оснащаются современные персональные компьютеры.

Пусть испытуемому задан релевантный вопрос. Тогда, если ответ правдивый, то текстура изображения (фазовый портрет) не претерпит изменений по сравнению с серией контрольных вопросов. Напротив, если ответ будет содержать ложное утверждение, то вызванные им стрессовые изменения в психике субъекта будут зафиксированы датчиковой аппаратурой, а выявленные ею изменения продемонстрируют потерю устойчивости протекания психического процесса. Возникновение и развитие во времени неустойчивости отобразится топологической (качественной) деформацией фазового портрета. Иными словами, возникнет совершенно иная по своей природе двух- или трехмерная текстура, отличающаяся от той, которая фиксировалась после задания иррелевантных вопросов, не только масштабными изменениями, но также и сменой топологической природы изображения.

Потеря устойчивости, вызываемая стрессом, возникающим вследствие неправдивого ответа на релевантный или контрольный вопрос, является временной. Процесс завершается в итоге приходом в равновесное состояние, из которого выводится новым вопросом, которые ревизор задает испытуемому через интервалы времени, позволяющие проследить развитие психофизиологических реакций субъекта в необходимых подробностях. Таким образом, серия разнотипных вопросов вызывает серию ответных реакций, которые фиксируются датчиковой аппаратурой и, будучи преобразованными в АЦП в дискретные отсчеты, поступают на блок функциональных преобразователей. Далее в формирователе 7 происходит модуляция сигнала дискретными отсчетами, несущих информацию о психофизиологических реакциях. В этом блоке вырабатываются сигналы, с помощью которых задаются конкретные значения анимированного изображения (размеры, относительные масштабы, цветность и пр.)
Т. е. с учетом вида параметра и диапазонов правдивости и ложности в нем, сигналы масштабируют и каждый сигнал (полиграмма) идентифицируют с параметрами изменения анимированного изображения.

Блок воспроизведения 8 воспринимает управляющие сигналы от формирователя 7 и превращает их в экранные формы. Кроме того, этот блок предполагает нанесение на изображение меток и надписей, сопровождающих процесс испытаний, в частности, вопросов и ответов, замечаний экспертов и пр. информации. Этот блок может быть стандартным элементом персонального компьютера, включающим необходимое программное обеспечение.

Таким образом, как следует из описания работы предлагаемого устройства, его техническое решение не только достигает цели повышения разрешающей способности анализа, но также и упрощает решаемую оператором задачу. Оператор (эксперт), вынужденный при обычном подходе наблюдать до 5-7 шлейфовых графиков, в данном случае получает для обозрения и анализа целостный образ (так называемый "гештальт"), динамические свойства которого уже не являются слаборазличимыми на фоне нестационарного процесса, как в первом случае, а суть продукт изменения состояния субъекта, легко различимый на качественном уровне.

Расположение аппаратуры в разных местах создает удобство в части накопления единого архива результатов испытаний, а также возможность оперативного запроса данных испытаний того же субъекта в другое время и/или в другом месте. Например, для того, чтобы получить дополнительное подтверждение для целей аутентификации или перепроверки вновь появившейся информации об испытуемом. Таким образом по принципу действия указанное устройство является мультимедейным полиграфом, использующим возможности телеконференции (фиг. 2)
Помимо собственно функций полиграфа данное устройство принципиально может быть использовано и для некоторых задач диагностирования в медицинских целях.

В устройстве для анализа психофизиологической информации, содержащей блок датчиков, выходы которого соединены с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, блок воспроизведения, выходы которого подключены к входам блока отображения, узел запоминания, связанный посредством шин с блоком воспроизведения и блоком функциональных преобразователей, введен формирователь сигналов анимированного изображения, соответствующие выходы многоканального аналого-цифрового преобразователя подключены к входам одноименных функциональных преобразователей блока, выходы каждого из которых подключены к одноименным входам формирователя сигналов анимированного изображения, выходы которого подключены к входам блока воспроизведения. Повышение надежности достигается за счет реконструкции динамического процесса реакции субъекта на стимул в виде визуализируемой анимированной фазовой траектории. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для анализа психофизиологической информации, содержащее блок датчиков, выходы которого соединены с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, блок функциональных преобразователей, блок воспроизведения, выходы которого подключены к входам блока отображения, узел запоминания, связанный посредством шин с блоком воспроизведения и блоком функциональных преобразователей, отличающееся тем, что в устройство введен формирователь сигналов анимированного изображения, соответствующие выходы многоканального аналого-цифрового преобразователя подключены к входам одноименных функциональных преобразователей блока, выходы каждого из которых подключены к одноименным входам формирователя сигналов анимированного изображения, выходы которого подключены к входам блока воспроизведения, соответствующие шины узла запоминания подключены к одноименным шинам формирователя сигналов анимированного изображения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что связь между соответствующими выходами многоканального аналого-цифрового преобразователя и входами одноименных функциональных преобразователей блока и связь между выходами блока воспроизведения и блоком отображения выполнена в виде одноименных приемопередатчиков соответственно первой и второй групп.