警犬氣味作業中應用腦電輔助判定技術探析

周士兵

警犬氣味作業中應用腦電輔助判定技術探析

周士兵

近年來，我國的警犬數量有很大增長，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犬。這類警犬在作業中都涉及到對氣味的識別，而這種識別多是以最終的認定或否定為重要結論，所以對于警犬氣味識別結論進行認定的技術是一項關鍵技術。

在警犬氣味作業訓練和使用中，一般通用的做法是依靠人對犬嗅認到目標氣味時產生的示警行為的觀察，這種方法稱為“行為觀察法”，優點是直觀，缺點是容易誤判、指標含糊、依賴經驗和容易遺漏等。根據目前生物電技術的發展，借助生物電測量技術及計算機技術，可以從生物電分析角度分析和判斷犬的表現，以提高警犬氣味識別的準確性，增加警犬氣味識別和判定技術的科技含量。

犬配戴測試設備

一、研究內容

警犬氣味作業時的腦電活動測定方法、警犬氣味作業時產生示警反應的特征性生物電活動、以典型的示警狀態的生物電特性判定犬示警準確率。

二、材料和方法

（一）設備和儀器

1.上海諾誠N ATIO N 7128W型視頻藍牙腦電圖儀；

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

（二）實驗動物

4頭18月齡德國牧羊犬，均為公犬，犬都經過1年以上時間氣味識別作業訓練，具備基本服從科目，嗅覺行為學觀察正常，神經系統、呼吸系統及心血管系統檢查無異常。

（三）測試方法

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

2.常態腦電圖的采集。

3.腦誘發電位的采集監測和分析。

三、結果

（一）腦電圖儀測定常態腦電活動測試

經3頭犬在靜止狀態下分別做15次腦電測試，每次取4.0秒有效腦電波圖譜，得到了每頭犬常態的基準性腦電圖變化特征。根據測量，參照人的腦電劃分方法將犬的腦電劃分為4個波段，即δ（1～6Hz）、θ（7～10Hz）、α（11～20Hz）、β（21～43Hz）。平均比人的腦電頻率快些，本研究中測到德國牧羊犬的最快腦電波為43Hz（特征如圖1）。

圖1 犬安靜狀態腦電活動圖

（二）使用典型示警生物電活動模型對示警行為有效性判斷

在測試中，通過定標標記方法，配合視頻同步記錄其作業狀態。以強度為初步判定指標；以波形放大分析為具體、細致的判定方法來測定和評估此方法輔助警犬氣味判定有效性。

圖2 警犬產生示警反應時典型波型

1.經對有明顯示警動作反應的目標氣味進行判定，腦電判斷的準確率為93.3%（14/15）。具體是從4頭德國牧羊犬的50次氣味鑒別測定中，隨機選取15次犬對于所求物有明顯動作示警的情況進行相應的腦電分析，其中14次有明顯的如下特征：（1）頻率從β過渡為α波，即頻率峰值從40Hz變至20Hz左右或更小；（2）在波形靈敏度120 uV/cm條件下，示警波強度較正常狀態增大至3～5倍；（3）復雜度出現變化，曲線單邊或雙側變平滑（特征如圖2）。前述3個特征性變化，僅有1次試驗樣本出現復雜度變化不符合特征。說明當犬出現正確的認定反應時，腦電活動規律表現穩定。

2.經對警犬有明顯示警動作反應的非目標氣味進行腦電判定，準確率為90%（9/10）。具體是從4頭德國牧羊犬的50次氣味鑒別測定中，選取10次犬對于非所求物有明顯動作示警的情況進行相應的腦電分析，其中9次均表現為至少2點特征不符合前述的認定條件，說明當犬不經仔細嗅認和分辨就扒罐示警時，細致分析其腦電活動，僅表現為波幅的增強，但頻率基本無變化（特征如圖3），可以據此較準確斷定犬的示警未經氣味分析，應為無效示警。

通過多例分析，可以得出結論：當犬出現因過于興奮等原因亂示警時，可以通過分析腦電活動排除其無效的作業。此結論對于排除氣味識別中的錯誤示警具有實用價值。

圖3 波幅增大但頻率無變化典型波型

3.經對無明顯示警動作反應的目標氣味進行腦電判定，準確率為70%（7/10）。從4頭德國牧羊犬的氣味鑒別測定中，選取10次犬對于所求物無明顯動作示警的情況進行相應的腦電分析，發現在經過所求物時，雖然犬沒有明顯示警或僅有“重嗅”表現，但腦電分析顯示其中7次有較明顯的前述3個特征之中至少2個特征性變化，說明當犬未出現明確示警時，通過腦電分析可以在一定程度上判定其潛在的認定結論。此結論提示我們在使用腦電監測輔助氣味鑒別分析時，應對警犬每一個嗅認鑒別物動作進行腦電細節分析。

除對腦電波型分析來判斷其示警的準確性外，在研究中發現腦電的總能量等指標也有參考意義（見圖4）。

圖4 腦誘發電位的綜合分析

在鑒別中測試腦電活動

四、討論

（一）在測試中發現不同品種犬的腦電波型和頻率有差異，故在處理數據時選用了同年齡、同品種公犬做樣本。

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

五、結論

根據本實驗所得數據可以得出以下結論：

（一）德國牧羊犬的腦電活動按頻率可以劃分為四個波段

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

（二）警犬在氣味作業示警時其腦誘發電位可測出并與其具體的示警反應有相關性。

（三）腦波的以下3個特征可以作為判定其認定的依據，至少符合2項才可以確認

具體是：1.頻率從β過渡為α波，即頻率峰值從40Hz變至20Hz左右或更小；2.在波形靈敏度120 uV/cm條件下示警腦電波強度增大至3～5倍；3.腦電復雜度出現變化，曲線單邊或雙側變平滑。

綜上所述，使用腦電監測和輔助分析犬進行氣味認定作業，可以明確判定認定結果，較好地排除未經細致嗅認的錯誤結果，并在一定程度上揭示潛在的認定結果。

（作者單位：公安部沈陽警犬基地，110000）

（本文圖片由作者提供）

（編輯：顏 勤）