5.2 说谎时的自主神经生理反应

大脑是参与说谎的主要神经结构。大脑皮层以及皮层下核团不但参与说谎的认知加工，也参与情绪过程。近期大量的认知科学和神经生物学研究表明，认知与情绪之间相互依赖、相互影响，它们的神经机制还存在功能整合，共同构成了行为活动的基础（Ochsner & Phelps, 2007; Pessoa, 2008）。除了中枢神经系统，外周神经系统与情绪情感体验的关系也非常密切。外周神经系统包括传入和传出躯体与内脏的感觉运动神经。从中枢神经传出到内脏的神经，主要支配内脏各器官的肌肉、腺体的活动，称为自主神经系统。我们通常能够自己感受到的情绪所带来的身体变化，如血压上升、手心出汗等，其实是自主神经系统在起作用。

5.2.1 自主神经系统简介

自主神经系统具有较高的独立性，不易受主观意志支配，可以进行自主活动，因此也被称为不随意神经系统或植物性神经系统。自主神经系统能调节内脏和血管平滑肌、心肌和腺体的活动，由交感神经系统和副交感神经系统两部分组成，两者既拮抗又协调地调节内分泌、身体代谢、体温、睡眠、血压等生理反应。交感神经的兴奋保证在应激状态下给人体提供更多的能量，使反应更快、力量更强。副交感神经系统的作用正好相反，主要负责保持身体在安静状态下的生理平衡，以节省不必要的消耗。

5.2.2 情绪与自主神经系统

当前学术界普遍认同，当人受到情绪性刺激，导致情绪强度增大时，机体的生理唤醒水平也相应提高。但是，在心理学和生理学界，对于人类在不同情绪状态下是否存在特异性的自主神经反应模式却一直存在争议（Kreibig, 2010）。有的心理学家认为，特定的情绪体验对应着特定的自主神经生理反应（Ekman, Campos, & Davidson, 2013）；但是也有心理学家认为，内脏和腺体的活动非常缓慢，无法与快速形成的情绪体验相对应（Barrett, 2006）。

人在说谎时，有两方面的因素会引起个体情绪紧张，生理唤醒水平显著升高。正如在5.1节介绍的，一方面因素源于说谎过程本身。由于编造说谎内容（从记忆中提取适当的信息、组织语言内容圆谎等）和控制说谎行为（控制自己的面部表情、身体姿势来掩藏说谎的事实）需要付出的认知努力大幅增加，生理唤醒水平升高。另一方面因素源于担心谎言败露所带来的负性结果而产生紧张、恐惧和焦虑。

5.2.3 说谎时的自主神经生理反应指标

1. 皮肤电

（1）皮肤电简介

皮肤电反应（galvanic skin response, GSR）是当机体受外界刺激或情绪状态发生改变时，其自主神经系统的活动引起皮肤内血管的舒张和收缩，以及汗腺分泌的变化，从而导致皮肤电阻发生改变的现象。通俗来讲，当人们情绪紧张时，导致手心出汗，而在我们肉眼能够观察到出汗之前，皮肤的潮湿程度已经发生变化，并且会引起皮肤电阻的明显下降。通常，皮肤电指标反映了个体的情绪唤醒程度，情绪强度越大，生理唤醒越强烈，皮肤电反应越大。

（2）皮肤电与测谎

早在20世纪20年代，日本心理学家就发现皮肤电在说谎后会降低，建议将皮肤电指标应用于测谎（Akamatsu, Uchida, & Togawa, 1933），甚至还对一个间谍进行了测试，这也是心理生理测谎方法在日本的第一次应用实践。20世纪20年代到50年代，几乎所有测谎仪都涵盖皮肤电指标。大卫·莱克肯进一步认为采用皮肤电指标，并结合犯罪情节测试法（有关这种测试的详细介绍请见第10章），可以较好地鉴别说谎者（Lykken, 1960）。

有研究者正在探索新的适用于皮肤电指标的心理测试范式来进行测谎研究。例如，通过条件学习结合电击反应，增强说谎反应的皮肤电反应值，从而提高识别准确率（Tomash, 2013）。此外，采用新的皮肤电反应分析方法，如基于单试次的皮肤电反应的时间序列分析等，可能提高皮肤电指标的有效性（Bach et al., 2009）。

2. 呼吸

1913年，贝努西在罗马的意大利心理学会议上报告了采用呼吸模式来辨别说谎的研究，并于次年发表《呼吸变化在测谎中的影响》。他还对比了自然观察法与呼吸记录法对说谎识别的准确性，结果发现自然观察法的准确率接近随机水平，而呼吸测量法则几乎100%准确。他因此提出说谎与诚实对应的呼吸模式存在差异这一研究问题，并认为呼吸的改变与说谎时的情绪相关。

进入21世纪，依然有很多研究在探讨呼吸模式与情绪的关系。例如，一项考察恐惧和悲伤两种负性情绪的生理反应研究，关注的指标包括呼吸率、呼吸深度、呼吸停顿、呼吸抑制和呼吸周期变异，结果发现恐惧和悲伤情绪都会伴随着呼吸周期变异的增大，其他指标则无明显变化（Kreibig, 2007）。另外一些对压力和抑郁进行的多指标研究也证实了呼吸反应和情绪状态的关系（Stephens, Christie, & Friedman, 2010）。

有研究采用模拟犯罪实验，发现呼吸线长度可以有效地甄别说谎行为（Kircher & Raskin, 1988）。后续的研究还发现呼吸偏移长度能有效地识别说谎（Kircher & Raskin, 2002）。当然，这些研究发现与使用的呼吸指标和计分方式有关（Honts & Handler, 2014）。然而也有一些研究表明，呼吸指标对说谎并不敏感。一些新的呼吸函数计算方式（Lepine et al., 2016），如结合呼吸和热成像的分类方式，可能有助于未来更好地检测说谎行为（Deepika et al., 2016）。

3. 心率和心率变异性

（1）心率和心率变异性简介

心率是指每分钟心跳的次数。健康成人在安静状态下每分钟的心跳次数一般为60至100次。年龄、性别和一些生理因素会影响心率的快慢。心率变异性是逐次心跳周期差异的变化情况。目前普遍认为心率变异性可以反映自主神经系统的活性，是定量评估心脏交感神经与迷走神经张力，及其平衡性的重要指标。

（2）心率和心率变异性与测谎

一项采用模拟犯罪范式的研究发现心率变化的指标在犯罪情节测试中的探测准确率更高（Bradley et al., 1981）。值得注意的是，说谎诱发的心率反应更慢，而不是人们通常想象的那样更快（Kircher et al., 2005, Raskin & Hare, 1978）。

研究者认为，这种心率减慢与说谎反应中对犯罪有关信息的定向反应有关（Graham & Clifton, 1966）。基于这一假设，采用模拟犯罪的范式的结果发现，在与犯罪细节有关的图片出现5秒内，观察到明显的心率减慢现象（见图5–1）（Verschuere et al., 2004）。在经典的犯罪情节测试范式中，在与犯罪相关的刺激出现的3秒左右，心率首先减慢，然后短时间内变快，而在5秒之后又开始减慢，减慢的过程可能持续10秒（Matsuda, 2009）。这与研究者认为隐瞒信息的定向——防御反应假设是一致的，即从看到犯罪相关刺激到3秒，个体对其的定向反应促使早期的心率减慢，之后产生的心率加快过程则与个体在加工犯罪相关信息后产生的防御反应有关（Hirota et al., 2009）。但是也有很多研究表明心率有效性只是略高于随机水平（Grubin & Madsen, 2005; Bradley & Ainsworth, 1984; Podlesny & Raskin 1978）。

4. 血压

血压是指血管内血液对血管壁的侧压力。在测谎中常用的生理指标是动脉血压，包括收缩压和舒张压，以及两者的平均血压。1915年，威廉·马斯顿记录侦讯过程中嫌疑人回答不同问题时的血压反应，发现能很好地鉴别说谎和诚实回答。

近现代，血压的记录和分析已被广泛应用于测谎实践。压力情况下的心血管反应与血压增加有密切关系，说谎者的血压平均升高12mmHg（Igosheva et al., 2007）。2015年的一项研究中，研究者先让实验参与者进行一个模拟盗窃的任务，再通过控制问题测试，结合血压和其他生理指标，发现对模拟犯罪者具有较高的识别率（Honts & Reavy, 2015）。

5.皮肤温度

皮肤温度也是心血管反应的重要指标。早在20世纪60年代，美国军方就开始使用红外线扫描仪来检测皮肤温度进行测谎。伴随红外线扫描仪的应用发展，有关皮肤温度的谎言识别研究更多地进入人们的视野。

2002年，《自然》杂志发表的一项研究采用热成像技术，记录实验参与者在回答偷盗有关问题时的面部温度反应，结果发现说谎的同时伴随面部温度升高（Pavlidis et al, 2002）。另一项研究采用扑克牌游戏，发现当打扑克的人准备进行有风险的说谎行为时，其面部温度比保持诚实时的温度更低（Panasiti et al., 2016）。

6. 瞳孔和眨眼

眼球运动的速度、眼跳距离和注视停留时间等都和个体的认知状态有很大关系，瞳孔直径大小与情绪也有密切关系（Bayer et al., 2017）。在与谎言相关的眼睛指标中，瞳孔大小是伴随现代眼动技术发展最被认可的指标之一。因为在刑事测谎中，犯罪者看到作案现场的信息时会因为注意定向和情绪唤醒等产生明显的瞳孔直径变化。1996年的一项研究通过模拟犯罪和犯罪情节测试考察瞳孔直径与说谎之间的关系，结果发现瞳孔直径能较好地区分“犯罪者”和控制组（Lubow & Fein, 1996）。

另外一个较受关注的眼动生理指标则是眨眼频率。一项研究发现说谎前的眨眼频率会显著降低，而在说谎反应完成后，则会伴随眨眼频率的增加（Leal & Vrij., 2008）。在2014年一项犯罪情节测试的研究中，实验者询问实验参与者喜欢的食物、演员以及与任务有关的问题，结果发现在说谎过程中会伴随眨眼频率的降低（Perelman, 2014）。

相比其他指标，基于眼动指标的说谎识别有较大优势。首先，实验参与者因为要注意刺激，而难以反测谎。其次，相比于现代其他类测谎仪器，其数据分析和测试成本较低。

7. 皮质醇

（1）皮质醇简介

皮质醇又名氢化可的松，是从肾上腺皮质中分泌的肾上腺皮质激素，是下丘脑–垂体–肾上腺系统的产物。下丘脑–垂体–肾上腺系统是应对压力、应激情境的主要生理通路。当人面临压力或者应激情境时，也就是情绪唤醒水平升高时，情绪刺激作用于下丘脑，通过一系列复杂的生物生化反应和垂体的共同作用，促使肾上腺皮质释放皮质醇（Putnam et al., 2005）。一般来说，皮质醇的分泌是一个相对缓慢的过程，当人们感觉到压力或者应激情境后的5到10分钟，血液中的皮质醇浓度仍处于或接近基线水平。到了大约10分钟以后，血液中的皮质醇浓度才开始升高。20分钟以后，血液中的皮质醇浓度才达到最高峰。

（2）皮质醇与测谎

皮质醇可反映人的压力状态，因此也被用来测谎。但是由于皮质醇反应的延迟，以及其浓度测定比较复杂，需要专门的检测试剂盒，因此并没有成为一个被广泛关注的测谎指标。

8. 测谎指标的其他问题

测谎时常会综合测试多个指标。如传统的测谎仪，都是多指标同时记录且通过不断改进计分和分类模型来达到识别谎言的目的。其实不同生理指标之间会相互影响。例如，血压、呼吸和心率等都是相互关联的生理指标。此外，与压力有关的肌肉颤动（ten Brinke et al., 2012）等相关生理指标，也已被应用于谎言识别研究。

此外，一些面部肌肉运动产生的生物电信号也可以用于测谎。由于人的面部表情直接反映内心情绪情感，而且人很难有意识地控制产生面部表情的肌肉运动（Ekman, 1992;Levenson et al., 1992），即使人故意压抑，面部也会产生微表情。因此通过对脸部左侧额部和皱眉肌的肌电反应监测，也能够相对比较准确地识别人的情绪和情感状态（Ekman & Rosenberg, 2005; Lindsey et al., 2011）。

小结

本节主要介绍个体在说谎时产生的一系列神经生理反应。当人的心理状态发生变化时，尤其是情绪状态发生变化时，我们的自主神经系统也会发生相应的生理变化。近代发展起来的科学测谎方法就是基于其中的自主神经生理反应，其中常用的是皮肤电、呼吸、心率、血压等指标。虽然外周生理反应指标已经被广泛应用于测谎领域，但是对于人在说谎时的自主神经反应模式是否会出现稳定而显著的特征模式这个问题，现在还没有明确答案。

思考题

1.说谎时可能产生的面红心跳、手心出汗、呼吸急促、口干舌燥等生理反应，其背后的生理机制是什么？

2.有哪些外周神经生理指标被用于测谎？它们反映了什么心理特点？

3.说谎心理过程与交感神经和副交感神经的关系是什么？