警犬氣味作業(yè)中應(yīng)用腦電輔助判定技術(shù)探析

周士兵

警犬氣味作業(yè)中應(yīng)用腦電輔助判定技術(shù)探析

周士兵

近年來(lái)，我國(guó)的警犬?dāng)?shù)量有很大增長(zhǎng)，近一半是從事鑒別、追蹤、搜毒、搜爆、物證搜索和搜血等科目的氣味作業(yè)犬。這類警犬在作業(yè)中都涉及到對(duì)氣味的識(shí)別，而這種識(shí)別多是以最終的認(rèn)定或否定為重要結(jié)論，所以對(duì)于警犬氣味識(shí)別結(jié)論進(jìn)行認(rèn)定的技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

在警犬氣味作業(yè)訓(xùn)練和使用中，一般通用的做法是依靠人對(duì)犬嗅認(rèn)到目標(biāo)氣味時(shí)產(chǎn)生的示警行為的觀察，這種方法稱為“行為觀察法”，優(yōu)點(diǎn)是直觀，缺點(diǎn)是容易誤判、指標(biāo)含糊、依賴經(jīng)驗(yàn)和容易遺漏等。根據(jù)目前生物電技術(shù)的發(fā)展，借助生物電測(cè)量技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以從生物電分析角度分析和判斷犬的表現(xiàn)，以提高警犬氣味識(shí)別的準(zhǔn)確性，增加警犬氣味識(shí)別和判定技術(shù)的科技含量。

犬配戴測(cè)試設(shè)備

一、研究?jī)?nèi)容

警犬氣味作業(yè)時(shí)的腦電活動(dòng)測(cè)定方法、警犬氣味作業(yè)時(shí)產(chǎn)生示警反應(yīng)的特征性生物電活動(dòng)、以典型的示警狀態(tài)的生物電特性判定犬示警準(zhǔn)確率。

二、材料和方法

（一）設(shè)備和儀器

1.上海諾誠(chéng)N ATIO N 7128W型視頻藍(lán)牙腦電圖儀；

2.YUO I-890型電極貼 （由PET膜、無(wú)紡布背襯、電極扣、導(dǎo)電壓敏膠、銀/氯化銀扣、防粘膜組成）。

（二）實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

4頭18月齡德國(guó)牧羊犬，均為公犬，犬都經(jīng)過(guò)1年以上時(shí)間氣味識(shí)別作業(yè)訓(xùn)練，具備基本服從科目，嗅覺(jué)行為學(xué)觀察正常，神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)檢查無(wú)異常。

（三）測(cè)試方法

1.腦電采集位置為：采用引導(dǎo)電極置于中央點(diǎn)Cz處（鼻根、枕骨粗隆連線與兩側(cè)外耳孔連線的相交點(diǎn)），C3和C4作為備用電極；A1和A2為參考電極分置于側(cè)面頰部耳根處。

2.常態(tài)腦電圖的采集。

3.腦誘發(fā)電位的采集監(jiān)測(cè)和分析。

三、結(jié)果

（一）腦電圖儀測(cè)定常態(tài)腦電活動(dòng)測(cè)試

經(jīng)3頭犬在靜止?fàn)顟B(tài)下分別做15次腦電測(cè)試，每次取4.0秒有效腦電波圖譜，得到了每頭犬常態(tài)的基準(zhǔn)性腦電圖變化特征。根據(jù)測(cè)量，參照人的腦電劃分方法將犬的腦電劃分為4個(gè)波段，即δ（1～6Hz）、θ（7～10Hz）、α（11～20Hz）、β（21～43Hz）。平均比人的腦電頻率快些，本研究中測(cè)到德國(guó)牧羊犬的最快腦電波為43Hz（特征如圖1）。

圖1 犬安靜狀態(tài)腦電活動(dòng)圖

（二）使用典型示警生物電活動(dòng)模型對(duì)示警行為有效性判斷

在測(cè)試中，通過(guò)定標(biāo)標(biāo)記方法，配合視頻同步記錄其作業(yè)狀態(tài)。以強(qiáng)度為初步判定指標(biāo)；以波形放大分析為具體、細(xì)致的判定方法來(lái)測(cè)定和評(píng)估此方法輔助警犬氣味判定有效性。

圖2 警犬產(chǎn)生示警反應(yīng)時(shí)典型波型

1.經(jīng)對(duì)有明顯示警動(dòng)作反應(yīng)的目標(biāo)氣味進(jìn)行判定，腦電判斷的準(zhǔn)確率為93.3%（14/15）。具體是從4頭德國(guó)牧羊犬的50次氣味鑒別測(cè)定中，隨機(jī)選取15次犬對(duì)于所求物有明顯動(dòng)作示警的情況進(jìn)行相應(yīng)的腦電分析，其中14次有明顯的如下特征：（1）頻率從β過(guò)渡為α波，即頻率峰值從40Hz變至20Hz左右或更??；（2）在波形靈敏度120 uV/cm條件下，示警波強(qiáng)度較正常狀態(tài)增大至3～5倍；（3）復(fù)雜度出現(xiàn)變化，曲線單邊或雙側(cè)變平滑（特征如圖2）。前述3個(gè)特征性變化，僅有1次試驗(yàn)樣本出現(xiàn)復(fù)雜度變化不符合特征。說(shuō)明當(dāng)犬出現(xiàn)正確的認(rèn)定反應(yīng)時(shí)，腦電活動(dòng)規(guī)律表現(xiàn)穩(wěn)定。

2.經(jīng)對(duì)警犬有明顯示警動(dòng)作反應(yīng)的非目標(biāo)氣味進(jìn)行腦電判定，準(zhǔn)確率為90%（9/10）。具體是從4頭德國(guó)牧羊犬的50次氣味鑒別測(cè)定中，選取10次犬對(duì)于非所求物有明顯動(dòng)作示警的情況進(jìn)行相應(yīng)的腦電分析，其中9次均表現(xiàn)為至少2點(diǎn)特征不符合前述的認(rèn)定條件，說(shuō)明當(dāng)犬不經(jīng)仔細(xì)嗅認(rèn)和分辨就扒罐示警時(shí)，細(xì)致分析其腦電活動(dòng)，僅表現(xiàn)為波幅的增強(qiáng)，但頻率基本無(wú)變化（特征如圖3），可以據(jù)此較準(zhǔn)確斷定犬的示警未經(jīng)氣味分析，應(yīng)為無(wú)效示警。

通過(guò)多例分析，可以得出結(jié)論：當(dāng)犬出現(xiàn)因過(guò)于興奮等原因亂示警時(shí)，可以通過(guò)分析腦電活動(dòng)排除其無(wú)效的作業(yè)。此結(jié)論對(duì)于排除氣味識(shí)別中的錯(cuò)誤示警具有實(shí)用價(jià)值。

圖3 波幅增大但頻率無(wú)變化典型波型

3.經(jīng)對(duì)無(wú)明顯示警動(dòng)作反應(yīng)的目標(biāo)氣味進(jìn)行腦電判定，準(zhǔn)確率為70%（7/10）。從4頭德國(guó)牧羊犬的氣味鑒別測(cè)定中，選取10次犬對(duì)于所求物無(wú)明顯動(dòng)作示警的情況進(jìn)行相應(yīng)的腦電分析，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)所求物時(shí)，雖然犬沒(méi)有明顯示警或僅有“重嗅”表現(xiàn)，但腦電分析顯示其中7次有較明顯的前述3個(gè)特征之中至少2個(gè)特征性變化，說(shuō)明當(dāng)犬未出現(xiàn)明確示警時(shí)，通過(guò)腦電分析可以在一定程度上判定其潛在的認(rèn)定結(jié)論。此結(jié)論提示我們?cè)谑褂媚X電監(jiān)測(cè)輔助氣味鑒別分析時(shí)，應(yīng)對(duì)警犬每一個(gè)嗅認(rèn)鑒別物動(dòng)作進(jìn)行腦電細(xì)節(jié)分析。

除對(duì)腦電波型分析來(lái)判斷其示警的準(zhǔn)確性外，在研究中發(fā)現(xiàn)腦電的總能量等指標(biāo)也有參考意義（見(jiàn)圖4）。

圖4 腦誘發(fā)電位的綜合分析

在鑒別中測(cè)試腦電活動(dòng)

四、討論

（一）在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)不同品種犬的腦電波型和頻率有差異，故在處理數(shù)據(jù)時(shí)選用了同年齡、同品種公犬做樣本。

（二）腦電活動(dòng)特征除波型外，其能量、分布規(guī)律等也可以做分析指標(biāo)，有待深入研究。

五、結(jié)論

根據(jù)本實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：

（一）德國(guó)牧羊犬的腦電活動(dòng)按頻率可以劃分為四個(gè)波段

即δ（1～6Hz）、θ（7～10Hz）、α（11～20Hz）、β（21～43Hz），平均比人的腦電頻率快些，測(cè)到的最快腦電波為43Hz。

（二）警犬在氣味作業(yè)示警時(shí)其腦誘發(fā)電位可測(cè)出并與其具體的示警反應(yīng)有相關(guān)性。

（三）腦波的以下3個(gè)特征可以作為判定其認(rèn)定的依據(jù)，至少符合2項(xiàng)才可以確認(rèn)

具體是：1.頻率從β過(guò)渡為α波，即頻率峰值從40Hz變至20Hz左右或更?。?.在波形靈敏度120 uV/cm條件下示警腦電波強(qiáng)度增大至3～5倍；3.腦電復(fù)雜度出現(xiàn)變化，曲線單邊或雙側(cè)變平滑。

綜上所述，使用腦電監(jiān)測(cè)和輔助分析犬進(jìn)行氣味認(rèn)定作業(yè)，可以明確判定認(rèn)定結(jié)果，較好地排除未經(jīng)細(xì)致嗅認(rèn)的錯(cuò)誤結(jié)果，并在一定程度上揭示潛在的認(rèn)定結(jié)果。

（作者單位：公安部沈陽(yáng)警犬基地，110000）

（本文圖片由作者提供）

（編輯：顏 勤）