伪装认知功能障碍fMRI鉴定方法

摘要

本发明公开了一种伪装认知功能障碍fMRI鉴定方法。该技术体系需要的常用设备及程序主要有1.5T或3.0T磁共振扫描仪（配有标准头线圈和平面回波（EPI0）系统）、刺激任务编写软件E-prime、数字二项必选记忆测验、视觉刺激呈现、反应信号接收系统及于Linux操作系统的AFNI（AnalysesofFunctionalNeuroimages）软件。本发明提供一种客观、准确的识别伪装认知功能障碍的个体鉴定方法，可用于司法鉴定工作实践，尤其适用于精神损伤与精神伤残评定中伪装记忆损害的鉴定。

说明书

技术领域

    本发明涉及精神损失鉴定技术领域，具体地说，涉及伪装认知功能障碍fMRI鉴定方法。

背景技术

近年来在法医精神医学领域中，涉及精神损伤或精神伤残的刑事民事鉴定案例有连年增多的趋势，其中相当一部分是对被鉴定人伤后的认知功能损害程度进行评定。司法鉴定人如何确认当事人的记忆损害是否真实可信，主要依赖受试对记忆测查的主观努力程度（或合作程度）。传统的精神检查和心理测验，均受到受试和专家的主观态度的影响，缺乏客观的检测技术手段。迄今为止，与伪装识别有关的技术主要有传统的测谎技术即多道心理生理测试仪（polygraph，又称为测谎仪）、头皮记录的事件相关电位（ERPs）以及大脑功能成像技术（functional magnetic resonance imaging，fMRI）。然而这些技术由于各种原因尚不能真正应用于实践。

近年来国内外许多研究者都将注意力投到了欺骗的直接控制中枢——大脑的功能成像研究之上，希望对欺骗特有的大脑神经活动和识别技术寻找新的突破口。大脑功能成像技术主要包括正电子发射断层扫描成像（Positron emission tomograph, PET）和磁共振成像fMRI扫描，尤其是fMRI技术在欺骗和诈病的基础研究中得到了更多的应用。fMRI是以脱氧血红蛋白的磁敏感效应为基础的MRI技术,这种利用局部血氧含量变化实现磁共振功能成像的方法又称为血氧水平依赖性成像（blood oxygenation level dependent，BOLD）技术。BOLD-fMRI对脑功能活动的研究与局部脑神经细胞的神经性合成功能、能量代谢变化以及局部血液循环改变紧密相关。运用fMRI检测欺骗与诈病，就是通过对不同脑区的含氧血红蛋白变化来实现的。由于欺骗者不可能控制实施欺骗时的大脑活动变化，其大脑活动模式将为识别欺骗提供了特异性标记。而且，大脑fMRI技术具有很高的空间分辨率，同时在方法学上对科学理解欺骗行为的神经生物学特征和发生机制，具有直接、无创和客观的优势。比认知心理测验和电生理技术的观察，更接近欺骗行为的神经生物学机制。但是，这一技术同样存在一些伦理、稳定性和可靠性问题，研究成果离临床和法庭实际运用还有很长的路要走。

近年来出现的新型fMRI测谎技术，并不是建立在个体外周植物神经反应的基础上。该项技术已广泛应用于神经科学的研究。已有两个独立的研究小组采用实验设计和统计学方法对说谎相关的大脑活动模式进行识别，并可应用于个体识别，声称有90%的准确率。美国No Lie MRI, Inc.和Cephos Corporation两个商业公司2006年还向社会推出这项技术。但是，之后相关的讨论及争议不断。目前，我国有关fMRI测谎及诈病识别技术研究仍然处于实验室阶段，研究数据都是建立在群体平均值水平之上，迄今没有实际应用的报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适合于中国人群的，可以快速、方便针对法医精神病鉴定实践中，尤其是精神损伤与精神伤残鉴定中伪装认知功能障碍fMRI鉴定方法。

本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：

本发明建立了一套伪装认知功能障碍的fMRI鉴定技术体系，该体系通过将被鉴定人的fMRI图像信息与体系中伪装认知功能障碍预测模型进行比对分析，判断被鉴定人伪装认知功能障碍的可能性。具体如下：

一种伪装认知功能障碍fMRI鉴定方法，具体包括如下步骤：

（1）测验前准备：

测验前，辅助被试仰卧在磁共振扫描仪中，耳朵用棉花填塞；被试头颈部与头线圈之间的空隙均由专用泡沫填塞，用以固定头部，避免实验过程中的头部运动；要求被试在扫描过程中，尽量放松，思维放空；鱼肝油贴于被试头部左侧作为方向标记；

（2）准备测试设备：

① 1.5T或3.0T磁共振扫描仪：配有标准头线圈和平面回波系统； 

② 刺激任务编写软件E-prime：扫描时要求E-prime任务程序与扫描实现同步；

③数字二项必选记忆测验，用E-prime程序编写；

④视觉刺激呈现、反应信号接收系统；数字二项必选记忆测验可以通过该系统投射到被试配戴的眼罩，并配备专用眼镜用于近视的被试；被试可以通过按反应信号接收系统的按键对任务做出反应，E-prime同步记录任务反应结果；

⑤基于Linux操作系统的AFNI软件，处理图像信息；

（3）测验步骤：

①刺激程序：应用E-Prime任务软件包作试验刺激程序，采用组块设计，两项必选数字记忆测试作为任务，目标数字及干扰数字均采用5位数阿拉伯数字；扫描过程中，由E-prime软件编程生成的视觉刺激信号由LCD投影仪投射至屏幕，被试通过触动左右键做出反应；

②扫描顺序：每位被试首先接受一组结构像的扫描，然后再接受一组功能像的扫描，最后接受一组三维全脑结构像的扫描；

（4）数据处理与结果判断：

①to3d 把DICOM格式的的扫描数据转换成NIFTI格式；对功能像数据进行层面时间校正和运动校正、空间平滑；经过线性模型分析，并进行AlphaSim 校正后得到任务相关的感兴趣区，以此为mask，每个像素都认为是高维空间的点，结合刺激程序的刺激文件进行支持向量机的模型训练，得到预测模型及功能激活图；

②根据大脑功能激活图特征与模式分类，进行认知功能损害伪装状态的判别(诚实回答、错误回答、随意回答、诈病回答)。

本发明对上述伪装认知功能障碍预测模型进行了研究，表明这个预测模型在正常健康人群中具有很高的特异性、敏感性和可靠性，并在轻度脑损伤所致记忆损害当事人的现场研究与实际应用中也得到了认可。

本发明采用数字二项必选记忆测验模式，二项必选数字记忆测验采用了统计学中的二项式定理，即在一个二项必选测验中，所有条目都有50%的正确选项几率，受试者在没有记忆的帮助下随机做出反应，都能有50%的正确率。有目的选对时，得分会显著高于50%；而有目的选错时，得分会显著低于50%。这些评定方法都是对伪装行为的量化，即当受试在这些测验的分数达到了显著性水平时，便认为受试有伪装的可能性。

本发明采用功能磁共振成像 (functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)技术。fMRI是以脱氧血红蛋白的磁敏感效应为基础的血氧水平依赖性成像(blood oxygen-level dependent, BOLD)技术。血液中的脱氧血红蛋白是顺磁性物质，能明显缩短T2，顺磁性物质的存在使磁场不均匀，而氧合血红蛋白则是逆磁性物质。当脑区神经元活跃时，局部脑区皮层的耗氧量和血流量均不成比例增加，但脑血流的增加较明显，导致局部脑区皮层氧合血红蛋白增加，脱氧血红蛋白相对减少。fMRI成像序列对脱氧血红蛋白浓度变化较为敏感，脱氧血红蛋白浓度减低可使T2*和T2弛豫时间延长，信号升高，使局部脑皮层功能活动区表现为高信号。把神经代谢活动与高分辨成像技术结合起来，可以准确地进行脑区结构与功能定位，直接观察伪装时脑的复杂功能和实时变化。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的伪装认知功能障碍fMRI识别方法通过AFNI软件分析诚实回答、错误回答、随机回答及伪装回答四种应答策略的大脑激活模式特征，并形成预测模型及分析系统。从而提供一种切实可行的、客观的用于伪装认知功能障碍识别的鉴定技术，填补了目前这项技术仅用于实验探索，未应用于实际的空白。本发明的伪装认知功能障碍fMRI识别方法可运用于检测精神损伤与精神伤残鉴定中伪装的个体识别，尤其涉及到通过运用fMRI技术进行的伪装认知功能障碍的个体鉴定。

附图说明

图1为单个run的实验流程图；

图2为诚实回答激活模式图；

图3为错误回答激活模式图；

图4为随机回答激活模式图；

图5为伪装回答激活模式图。

具体实施方式

一、fMRI伪装认知功能损害鉴定技术常用设备包括：

(1) 1.5T或3.0T磁共振扫描仪：配有标准头线圈和平面回波（EPI0）系统；1.5T扫描参数：①二维结构像：采用SE序列T1WI，轴位，TR 505 ms，TE 14 ms，翻转角90度，层厚 6 mm，间距 0 mm，层数 20，视野 230 mm×230 mm，矩阵256×256；②三维全脑结构像：采用小角度激发快速梯度回波序列（fast low angle shot FLASH）T1WI，矢状面，TR 30 ms，TE 3.0 ms，翻转角30度，层厚 1.3 mm，间距 0mm，层数 120，矩阵256×256；③功能像：采用梯度回波-平面回波成像（gradient-echo，echo plannar imaging，GE-EPI）序列 T2* WI, 轴位，TR 2000 ms，TE 45 ms，翻转角90度，层厚 6 mm，间距 0 mm，视野 230 mm×230 mm，矩阵64×64，层数 20，帧数189帧/层，时间长378s。

3T扫描参数：①三维全脑结构像：采用小角度激发快速梯度回波序列（fast low angle shot FLASH）T1WI，矢状面，TR 1900 ms，TE 2.52ms，翻转角9度，层厚 1.0 mm，间距 0mm，层数 176，矩阵256×256；②功能像：采用梯度回波-平面回波成像（gradient-echo，echo plannar imaging，GE-EPI）序列 T2* WI, 轴位，TR 2000 ms，TE 30 ms，翻转角90度，层厚 3 .5mm，间距 0.7 mm，视野 224 mm×224mm，矩阵64×64，帧数189帧/层，时间长378s。

(2) 刺激任务编写软件E-prime：扫描时要求E-prime任务程序与扫描实现同步。

(3) 数字二项必选记忆测验：用E-prime程序编写，采用组块设计（block design），共4个run，每个run有4个block，每个block包括8个trail，每个trail随机出现，因此共4(run)*4(block)*8(trail) = 128个条目。其中困难条目和容易条目各一半，即每个run中各有两个block为困难条目，另两个为容易条目。单个run的实验流程图如图1所示。

指导语：在以下的测验中，首先您将会先看到一组数据，请记住这组数据。然后您将会看到一个"+"，最后看到两组数据，请回答这两组数据中，哪一组是之前看到过的，是第一组请按左键，是第二组请按右键。

准备：测验马上开始，请准备！

休息：请闭上眼睛暂时休息！

(4) 视觉刺激呈现、反应信号接收系统；任务（数字二项必选记忆测验）可以通过该系统投射到被试配戴的眼罩（视觉刺激呈现），并配备专用眼镜用于近视的被试；被试可以通过按反应信号接收系统的按键对任务做出反应，E-prime同步记录任务反应结果。

(5) 基于Linux操作系统的AFNI（Analyses of Functional Neuroimages）软件，处理图像信息。

二、测验前准备：

测验前，辅助被试仰卧在磁共振扫描仪中，耳朵用棉花填塞、以减少机器扫描时产生的噪音对被试的影响。被试头颈部与头线圈之间的空隙均由专用泡沫填塞，用以固定头部，尽量避免实验过程中的头部运动。要求被试在扫描过程中，尽量放松，思维放空，处于“静息” 状态。鱼肝油贴于被试头部左侧作为方向标记。

三、 测验方法与步骤：

（1） 刺激程序：

应用E-Prime任务软件包作试验刺激程序，采用组块设计，两项必选数字记忆测试作为任务，目标数字及干扰数字均采用5位数阿拉伯数字。扫描过程中，由E-prime软件编程生成的视觉刺激信号由LCD投影仪投射至屏幕，被试通过触动左右键做出反应。

测验的指导语如下：“在以下的测验中，首先您将会先看到一组数据，请记住这组数据。然后您将会看到一个"+"，最后看到两组数据，请回答这两组数据中，哪一组是之前看到过的，是第一组请按左键，是第二组请按右键。”

单个trail过程如下：首先呈现一个五位数字（持续3秒），紧接着呈现“＋”（1秒），之后同时呈现目标数字及干扰数字（5秒），最后对被试的反应做出反馈（正确／错误／无反应），反馈持续１秒，给与反馈是为了得到心理强化的作用。

（2） 扫描顺序： 

每位被试首先接受一组结构像的扫描，然后再接受一组功能像的扫描，最后接受一组三维全脑结构像的扫描。

四、数据处理与结果判断

to3d 把DICOM格式的的扫描数据转换成NIFTI格式；对功能像数据进行层面时间校正和运动校正(3dvolreg )、空间平滑(3dmerge:全宽半高 5mm)；

经过一般线性模型分析，并进行AlphaSim (p<0.005)校正后得到任务相关的感兴趣区(ROI)，以此为mask，每个像素都认为是高维空间的点，结合刺激程序的刺激文件进行支持向量机的模型训练，得到预测模型及功能激活图。

根据大脑功能激活图特征与模式分类，进行认知功能损害伪装状态的判别(诚实回答、错误回答、随意回答、诈病回答)。图2为诚实回答激活模式图；图3为错误回答激活模式图；图4为随机回答激活模式图；图5为伪装回答激活模式图。