例皮肤温度变化与欺骗:血液流动或热容?

院长答:花粉门^*斯图亚特·m·派罗伯特·g·Cutlip
国家信誉评估中心,皮肯斯大街7540号,杰克逊堡SC 29207年,美利坚合众国

通讯作者:院长答:花粉门,电子邮件:院长。(电子邮件保护)密尔

文摘

面部皮肤表面温度之间的关系和欺骗是使用热成像检查收集的数据可信度评估期间采访21美国陆军基本的学员,其中一些人曾从事模拟盗窃。面部区域,包括正确的hemiface和眶周的三个次区域覆盖,颈动脉,脸颊区域。连续演讲面试问题导致重大的意思是半面温度的增加在第一块测试,其次是温度降低整个序列剩下的问题。唯一感兴趣的面部区域温度显著相关的欺骗是脸颊次区域,拥有大量软组织肿块。这些结果表明,脸颊地区的能力来存储热能加热后的血液(热容)导致面部温度变化的模式在可信度评估面试

关键字

热图像分析、欺骗、血液流动、热容。

介绍

2001年,研究人员进行了一项试点研究使用非侵入式红外测温术检查相关措施来源于热图像是否欺骗反应在测谎仪(1]。具体地说,这些研究人员检测deception-related热反应在周边地区eyesof研究参与者曾从事涉及模拟mock-crime盗窃和攻击。他们报告说,欺骗性的四分之三(8)6个人被正确地认定为有罪和欺骗性的90%(11 12)人正确归类为无辜的。他们解释这些重要的结果是由于温度升高导致地区眶骨膜的血流量变化在欺骗,并推测眼睛周围的“瞬时”变暖可能战/飞行/冻结反应的一个组成部分,由交感神经系统(2]。然而,其他的研究人员随后进行了一项大规模的研究试图联系欺骗对眶周的温度变化未能复制这些早期的发现3]。目前,我们没有一个令人满意的解释这些相互矛盾的结果。

许多研究表明,热图像,它可以提供一个二维的地图人类皮肤表面温度在定义的时候,可以提供人体生理过程的信息4- - - - - -12]。然而,如果眶周的温度变化由Pavlidis et al。1)的一部分ANS-mediated反应伴随欺骗,那么心理生理机制能产生这个温度的响应必须存在(1]。众所周知,在人类血管,在其他哺乳动物,肾上腺素肾上腺素能受体的反应循环血管张力的调节中起关键作用[13]。拟交感神经受体激动剂比肾上腺素还可以提供其他面部动脉血管收缩,可能会导致相位的血液流动的变化由于增加的压力14]。由于血流动脉来自地区接近身体的核心,这将加热面部组织灌注的影响。然而,面部皮肤温度变化的程度由热摄像机记录的是这个过程的直接结果是不清楚。相关生理机制可能导致血流量增加面部温度包括氮oxide-mediated血管舒张反应结果从快速增加血压,和β2-receptor介导的血管舒张反应增加循环肾上腺素(15- - - - - -17]。

除了血液流动,将热能转移到周围的血管组织通过对流,热容也是一个因素在人体内负责温度上升越慢,可以测量在皮肤表面18]。“热容”这个词用在这里是指大规模的组织的能力来存储热能加热后通过血液作为热能来源。周围组织质量越大,时间越长,所需的时间常数血液加热组织(19]。从理论上讲,有足够的时间,组织大规模的温度将收敛于热储的温度(血液供应)。进行研究报道我们的目标之一是为了研究热容的程度,推断基于周围软组织的面部和颈部的特定区域,导致皮肤表面温度变化覆盖这些地区在欺骗和欺骗性的个人。

Pavlidis et al。1收集他们的热数据条件下,仿真可信度评估程序所使用的测谎仪审查员(1]。他们的程序包括使用联邦注册审查员管理测试,以及使用一个比较的问题测试(CQT)格式,这是常用的领域(20.- - - - - -22]。在目前的研究中,我们选择部分复制这些程序,即使CQT被批评缺乏标准化(23]。这样做是为了方便直接比较早,被广泛引用的工作,还因为它已被证明,妥善管理CQT能一直歧视欺骗性和欺骗性的个人水平比机会使用directed-lie或probable-lie比较问题[24- - - - - -26]。

在解剖学上,颈动脉供应轨道分支,内心的面部分支,肠系膜动脉(27- - - - - -29日]。后上级肺泡眶下动脉分支和肠系膜动脉的分支和内部面部分支供应眶周的地区(30.]。肠系膜、上颌骨、翼状肌和颊动脉供应的脸颊区域的脸,并由下颞颈外动脉的分支。頬肌、提肛角口的,咬肌、颧肌肌肉,内侧和外侧翼状肌肌肉组成的脸颊。脸颊区域还包含颊脂肪垫,这是一个大约三角形形状的区域的脂肪组织(31日]。我们选择我们的面部区域利益基于这些考虑,假设一个解剖区域和更高的热容(即脸颊地区)将提供一个更好的指示欺骗比直接覆盖颈动脉或其分支机构的地区,由于脸颊的增加热响应率在重复阶段交感神经反应。

方法

参与者

24美国陆军基本学员驻扎在杰克逊堡南卡罗莱纳州自愿参与本研究。数据从三个参与者不是由于实验误差分析。九个剩下的参与者分配给欺骗性组(2女,七雄,M_年龄= 20。6年,年龄:18 - 26年)和12被分配到欺骗性组(1女,11男性,M_年龄= 19。2年,年龄:18 - 25年)。

材料

一个手持设备,称为初步的可信度评估筛选系统(pcas),被用来收集皮肤电和血管舒缩活动数据¹。FLIR光子™160 x 128 FPA相机核心长波红外(LWIR;光谱带= 7。5 - 13所示。5μm) micro-bolometer(敏感性= 85 mkdT f / 1。6)安装在工厂与19 mm镜头(FOV = 36°x 27°)是用于监测皮肤表面温度。相机的14位未压缩的数字视频输出流aDell精密PWS490双四核2。66 GHz的电脑。圣芭芭拉分校红外公司2000系列黑体和控制器被用来执行所有温度校准。参与者提出了指令在一个房间里,包括一把椅子,一张桌子,一个盒式磁带播放器,一支笔,两块粉笔,一张黑色的白色8。 5 x 11 inch paper. An overhead map of the mock crime area was also in the room.

模拟犯罪过程

一般程序

本研究中使用的模拟犯罪过程中使用的类似场景,是犹他州大学的研究人员开发的32]。首先,对参与者给予书面同意参与这项研究被告知要打开一个信封,贴门长走廊的尽头。信封内书面信息指示每一对参与者打开门,按下“播放”房间里的录音机,听预先录制好的指令描述他们的使命。录音指令通知参与者,如果他们被发现是真实的,他们可以完成流程没有后果。参与者还被告知,如果他们被发现欺骗,他们会站在他们的教官,他们单位,工作人员和军队的重要性发表演讲的价值观,比如诚实、正直和忠诚。这种惩罚实际上并不是管理的参与者。完成使命后,参与者被要求返回(相同)的房间,之后他们单独护送由联邦政府认证的测谎仪测试suiteand遇到考官是盲目的参与者(欺骗性/欺骗性)的组成员关系。

骗人的组织过程

录音指令指示欺骗性的参与者,他们15分钟偷一块“机密”的设备在一个集装箱在附近的建筑,藏容器,和隐藏机密设备在树林里,以便它可以在稍后的时间。欺骗性的参与者还指示准备不在场证据,和每一个粉笔粉笔隐藏的人,表面上使用后做个记号,作为一个信号,表明设备已经准备好小。欺骗性的参与者提供一个封面故事匹配欺骗性的实际活动参与者,并指示试图真实出现在“测谎仪”测试。欺骗性的参与者完成了模拟犯罪和后返回,他们停在一个工作人员,问他们在做什么。工作人员接受了他们的答案,然后告诉他们,他们需要回到大楼。

欺骗性组织过程

欺骗性参与者被指示通过录音机离开房间,联系去覆盖区域的长凳下建立和保持在后面休息区域大约10分钟,在这段时间里,他们被要求回到房间。雷竞技网页版记录说明参与者欺骗性组中没有提供任何细节的盗窃或迹象表明犯罪已经提交。欺骗性参与者返回从长凳上被工作人员拦了下来,问他们在做什么,被告知他们需要回到大楼。

数据收集过程

参与者的到来之前,两点温度进行了校准,使用热成像摄像机图像黑体表面的绝对黑体温度设置和热后平衡到28.00°C,然后到40.00°C。这些校准用于转换相机的14位原始数字视频图像数据辐射温度的值。热成像摄像机被安装在考官的桌子的边缘,下面直接在前面的参与者,在一个约45°角的水平和垂直分量矢状面,所以,相机的FPA正交参与者的权利hemiface(图1)。

当参与者进入考试套件,他们坐在椅子手臂拉斐特调测谎仪和测试开始于一个高度结构化的预备调查采访仪表组成的审查,事实的情况下,参与者的不在场证明,和测试问题。测试问题,总是在相同的顺序复审从crime-relevant问题开始,然后是比较问题,最后的crime-irrelevant问题(表1)。结论进行预测,pcas传感器连接到参与者的棕榈和中指使用电导凝胶和一个塑料夹。参与者被要求保持静止,然后被考官口头提出的测试问题。连续问题提出了at30第二间隔²。从光子数字视频数据收集问题的演讲,期间不断为离线分析和存储为14位灰度图像标记的Tiff文件格式,使用10 Hz采样率。虽然总共有九个比较问题测试(如标准领域实践),为了创建一个平衡实验设计我们不包括最后数据分析比较的问题。这创造了一个试验块组成的4比较问题,4 crime-relevant问题,和4 crime-irrelevant问题,二审块组成的4比较问题和4 crime-relevant问题。第一个crime-relevant问题,“关于偷来的电子设备,你要如实回答吗?“只问一次在测试,因此也排除在我们的分析。

数据简化

每个参与者的热数字视频文件转换为16位灰度Tiff图像的时间序列,导致大约10帧每秒的视频。Tiff图像被转换为8位灰度位图图像,只包括强度值之间的对应温度低(28。00和高(40°C)。00°C)的温度得到的校准文件³。国家仪器负责人跟踪算法被用来跟踪和提取感兴趣的一个矩形区域(ROI)在每个连续的帧。ROI总是包括参与者的hemiface,如图1所示。像素强度值的均值和SD在每个这些roi计算,然后半面温度的平均和SD对每个面试问题的反应取决于平均在连续帧记录在每个问题。

感兴趣的三个小区域,包括最热门(聪明)皮肤表面区域覆盖眶周的地区之间的鼻梁和角落eyeand颈动脉中手动selectedfrom较大(hemiface) roi使用鼠标。脸颊ROI是选择以类似的方式,除了最冷的脸颊被选中(黑暗)地区(图1、底部中心)。这三个roi是圆形状和包含12像素的热数据(图1中,左上角)。商用软件(国家仪器愿景助理,2010年版本)在选择使用这些roi。因为我们是主音变化在这些领域感兴趣,从时间序列中选择特定的帧的半面图像包含在这三个地区的数据分析。总共有六个帧/参与者包含在这些小区域的分析。这些帧组成的第一个和最后一个crime-irrelevant参与者的反应问题,第一个和最后一个crime-relevant问题,第一个和最后一个比较的问题。

单独的组块(欺骗性/欺骗性)X问题(比较块1 / Crime-Relevant块1 /犯罪无关块1 /比较块2 / Crime-Relevant块2)X的重复刺激在一个问题类别(1/2/3/4)方差分析进行了半面温度响应的均值和半面温度响应的平均SD在每个测试问题。主音眶周的变化、颈动脉和脸颊区域也被评估使用组X地区(眶周的/颈/脸颊)问题(第一/最后)XQuestion类别(Crime-Irrelevant / Crime-Relevant /比较)混合因素方差分析进行ROI的均值和SD温度。温室-盖斯修正应用适当的纠正违规的球形假设。在报告的重要性水平方差分析,给出的自由度以及ε(ε)值用于调整意义水平。Eta-squared(η²),影响大小的度量,是报道。统计学意义的标准。05年被用于所有统计测试。

结果

背景温度

因为我们关心参与者的紧张性皮肤温度变化在这项研究中,这可能是受环境温度变化影响的测试室每个面试的过程中,我们记录了一个矩形的平均像素强度ROI选择从墙上后面每个参与者在每个面试的开始和最后一次。时间的结果(面试开始/面试结束)X欺骗性/欺骗性组平均壁温方差分析未能显示任何主要影响,F (19) = 1。13日,η²=。06、n s。或交互,F (19) = 0。19日,η²=。01:s。,包括欺骗性的地位。然而,一个重要的主要影响,F (1、19) = 20。15日,η²=。52岁的p <。001年。这一发现表明,有热辐射增加在整个过程中每一个面试在测试过程中造成额外的房间里的人,或者是每天的时间效应,当测试总是开始早上冷却器时,持续一整天。

正确的半面温度变化

半面平均温度的方差分析显示主要影响的问题类别内的重复刺激,F (51) = 5。68年,η²=。25日,p <。01,ε=。61年,一块重复X问题互动,F (204) = 6。21岁的η²=。27日,p <。001年。这显著的相互作用似乎是由于增加的半面温度在刺激的第一块在每个类别,其次是半面温度的降低比较和crime-relevant问题在第二块。Crime-irrelevant问题,只是要求在每个测试四次,从不接近尾声的问题序列,只显示温度的增加连续演示(图2)。没有明显的主要影响或交互涉及欺骗/欺骗性组变量在分析hemiface温度,表明没有明显关系hemiface温度变化和欺骗。例SD温度方差分析未能透露任何重大的主要影响或正确的半面温度变化之间的相互作用,以SD,问题类别或重复在一个类别的问题。

眶周的颈动脉,脸颊温度变化

与分析涉及正确的半面ROI上面所讨论的,意味着和SD温度进行方差分析在较小的区域中包含正确的hemiface显示组的重要影响。具体来说,综合平均温度方差分析显示显著的地区X欺骗性/欺骗性集团互动,F (2, 36) = 5。34岁的η²=。23日,p <。05年,ε=。68,这是更高的脸颊ROI平均气温的结果欺骗人,和类似的颈动脉、眶周的ROI的平均气温为个人在欺骗和欺骗性组(图3)。SD温度分析显示重要地区的主要影响,F(2, 36) = 47岁。63年,η²=。73,p <。001年,ε=。77年,集团,F (1、18) = 5。07年,η²=。22日,p <。05。地区的重要的主要作用是由于较大的皮肤表面温度SDs眶周的区域覆盖的面积比脸颊或颈动脉区域。重要的集团效应是由于较小的温度SDs欺骗性的参与者(图3中,底部)。

除了发现涉及重大的群体间的影响,平均温度在眶周的方差分析,颈动脉,和脸颊区域还显示一个重要地区的主要影响,F (36) = 102。95年,η²=。85,p <。001年,ε=。68,这是由于在脸颊地区平均温度明显降低,相对于颈动脉或眶周的区域(图4)。此外,问题数量通过问题分类交互达到意义分析,F (2, 36) = 4。80年,η²=。21日,p <。05年,ε=。95年。图5表明,这是由于相对稳定的平均温度反应犯罪相关的和比较问题随着测试的进行,结合均值显著增加ROI温度反应犯罪无关紧要的问题。

分类精度

重大群体间的影响出现在上面的组织分析表明,比机会精度检测欺骗在个别情况下可能使用dv来自热措施的组合。测试这个假设,因为这种类型的统计检验可以作为一个有用的起点发展的一个有效的基于热图像分析的可信度评估算法,我们使用二元逻辑回归过程预测欺骗我们的研究参与者的地位。我们使用欺骗/ non-deception二分因变量,并和SD面部ROI平均气温(崩溃在数量和问题类别)作为协变量6。三(颈动脉,脸颊,眶周的)意味着ROI温度预测输入同时作为一个单独的块变量;三(颈动脉,脸颊,眶周的)SD ROI温度预测输入在第二个街区,同时和块1和2进入顺序分析。分类是使用包含截止的概率p =。5,迫使每个案例的分类。

总的来说,正确分类率为76。2%在第一次(平均温度)的预测块进入模型,以及这三种预测显著提高模型的分类能力,χ²(3,N = 21) = 12。36、p <。01,NagelkerkeR²=。60。第二个(SD温度)块后,分类精度提高到85。7%,但这种改善并不显著,χ²(3,N = 21) = 6。86,p =。08年。然而,有一个好的模型适合六个预测的基础上,χ²(N = 21) = 19。22日,p <。005年,NagelkerkeR²=。81年。灵敏度(真阳性/(真阳性和假阴性))的六个预测模型。83年。特异性(真正的底片/(真正的底片+假阳性))的六个预测模型(8/8 + 1)=。89年。个人预测,意味着脸颊ROI温度,做出了重大贡献:模型作为一个独立的测量,(p <。05)。

讨论

试图从nondeceptive有效区分欺骗性个人使用热成像分析还没有完全成功,尽管一些有前途的早期结果(1,2,33]。这些初步的研究关注于相位的温度响应特定类型的问题使用同样用于传统的测谎仪测试的一种方法。除了一些例外,这项工作是数据驱动的,与研究人员寻找“热点”或其他类似欺骗的迹象,基于生理唤起的想法导致血流量迅速增加,导致气温上升在某些面部区域(34]。我们的研究结果表明:热容和面部温度反应性之间的关系在可信度评估测试。我们的数据也表明,由于这个原因,脸颊,眼睛周围的地区,是最敏感的主音面部温度变化确实发生了面试过程中(13,35]。

虽然连续演讲面试问题导致明显指的是半面温度升高上半年测试,其次是温度降低在剩余的问题序列,这些变化在整个hemiface并不特定于类型的问题被要求或个人的欺骗性的地位。事实上,唯一的面部温度ROI是显著相关(欺骗性/欺骗性)组的任务是脸颊“冷点”次区域,而不是上面的两个高温次区域颈andperiorbital地区。这些发现可以归因于这样一个事实:颈动脉和眶周的地区有一个大的动脉血液供应与周围软组织。由于这个原因,这些地区周围的软组织血液供应将类似的温度,这是作为热来源。相比之下,脸颊地区软组织除了頬肌肉,角口的提肌、咬肌、颧肌肌肉,内侧和外侧翼状肌的肌肉。脸颊地区提供的劣质颈外动脉的分支,分支masseteric,上颌骨,翼状肌,颊动脉。血液的质量传递这个区域小于传质颈动脉或眶周的roi,因此热供应也更少。

在休息时,头部血液供应较少,脸颊地区将收敛于周围环境的温度。ANS激活期间造成重复演示的面试问题,合成的血液供应增加面部血管会导致在脸颊区域血流量增加,这将增加其温度开始趋同血液供应的温度。这不仅会增加意味着ROI,脸颊两侧的皮肤表面温度也显著减少的SD温度脸颊ROI像素,因为它加热,导热性会使皮肤变得更加等温。这些影响都是图3和图4所示。有趣的是,颈动脉的SD温度和眶周的ROI也减少了更多的个人欺骗组织,导致显著的主效应组SD方差分析,并建议措施ROI的变化可能是一个比ROI平均温度的敏感指标欺骗,尤其是在温暖地区的面临选择感兴趣的区域。

这项研究增加了越来越多的文献表明,热图像分析最终可能被用作一种有效的信誉评估工具。使用逻辑回归,我们可以构建一个模型,准确分类的欺骗性和欺骗性的个人。然而,这一发现不应该被认为是决定性的,因为样本量太小而模型尚未旨在。类似于Pavlidiset艾尔。1)我们选择使用测谎仪来收集我们的热数据格式(1]。我们的研究表明,这种格式可能是次优的,因为短期采访不适合主音生理变化体现在测试。我们还没有直接在这项研究调查阶段的温度响应。仍可能迅速发生眶周的温度响应首次报道Pavlidiset艾尔。1]发生和一些心理生理意义[1]。需要更多的研究来确定最佳信誉评估测试格式采用皮肤表面温度时,使用热图像分析,记录相关的措施。

总之,这项研究的结果表明,热容有助于半面温度变化的模式在可信度评估面试。支持这一结论包括发现平均温度响应的欺骗性参与者高于欺骗性参与者脸颊地区热质量相对较高,但不是(眶周的或颈动脉)地区较低的热质量。脸颊内的温度变化,其和颈动脉roi少了欺骗性的参与者在整个采访的多个点,这表明随着皮肤温度的增加在这些地区也变得更加等温。整个的平均温度hemiface确实显示增加面试上半年,紧随其后的是一个减少在剩余的测试,但没有表现出任何的影响(欺骗性/欺骗性)组。综上所述,热图像分析结果支持这样的结论,可以用作可信度评估工具。未来的研究调查交替,更标准化的可信度评估测试格式可能更适合主音的皮肤表面温度响应是必要的,更基本的研究调查这些面部皮肤表面温度响应之间的关系等,更好的理解ANS活动的措施。

确认

作者要感谢特里罗萨莱斯和理查德Dusto寻求帮助与数据收集过程。这个项目是由国家信用评估中心作为项目号码09 - p - 0003。在这篇文章中表达的观点是作者的,不一定反映国防部的官方政策或位置或美国政府。美国政府保留一个免版税的,非独家的、不可撤销的许可复制,翻译,出版,并使用这个手稿(32 CFR 32。36)。

¹参与本研究的一个子集107美国陆军基本实习生(67女性,男性,法师= 22.1年,年龄:18岁到42年)驻扎在杰克逊堡曾自愿测试pcas装置的有效性。详细结果基于pcas数据将公布在一个单独的手稿。

²pcas调查的一部分,一些参与者(n = 53)被要求口头回答问题用“是”或“否”,和其他人(n = 54)被要求点头或把他们的头稍微表示是或不是的问题。所有热数据收集从参与者口头回答。

³线性热图像的像素强度增加对应于一个给定的温度增加了通过增加黑体温度为1.00°C的间隔从28.00°C和最后40.00°C数字热成像获得的视频数据在每一个温度下黑体,然后是黑体温度与像素强度对应的整数值。