estudo e contextualização do polígrafo quanto à análise de...
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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Estudo e Contextualização do Polígrafo quanto à Análise de Voz, ECG e EDR
Mário Rui Carvalho Barbosa
ESTADO DA ARTE
Relatório de Preparação da Dissertação realizado no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Major Telecomunicações
Orientador: Prof. Dr. Aníbal João de Sousa Ferreira
10 Fevereiro de 2012
© Mário Rui Carvalho Barbosa, 2012
i
Resumo
Este relatório foi elaborado no âmbito da unidade curricular Preparação da Dissertação e
contém uma apresentação geral da dissertação a ser desenvolvida no 2º semestre do ano
curricular 2011/2012.
Consiste no estudo de alguns componentes em foco e testes necessários ao uso e
implementação de um polígrafo.
Foi levado a cabo um levantamento do estado da arte correspondente à elaboração e
estudo de um polígrafo. Além disso foram feitos alguns contactos com docentes da Faculdade
de Psicologia e Ciências da Educação da Universidade do Porto (FPCEUP) com o objetivo de
levar a cabo uma cooperação entre as duas faculdades, podendo assim validar os testes a que
o indivíduo voluntário, simulando um examinado, é sujeito.
ii RESUMO
iii
Índice
Resumo .............................................................................................. i
Índice............................................................................................... iii
Lista de figuras .................................................................................... v
Abreviaturas e Símbolos ........................................................................ vii
Capítulo 1 .......................................................................................... 1
Introdução ......................................................................................................... 1 1.1 - Motivação ............................................................................................... 1 1.2 - Objetivos ................................................................................................ 1 1.3 - Estrutura do Documento .............................................................................. 2
Capítulo 2 .......................................................................................... 3
Estado da Arte .................................................................................................... 3 2.1 – Polígrafo ................................................................................................. 3 2.2 – Componentes de análise em foco ................................................................... 7 2.3 – Conclusão ............................................................................................. 10
Capítulo 3 ......................................................................................... 11
Ferramentas de Análise ....................................................................................... 11 3.1 – Ferramentas de Análise de Voz. .................................................................. 11 3.1 – Ferramentas de Análise do ECG ................................................................... 12 3.2 – Ferramentas de Análise do EDR ................................................................... 12 3.3 – Conclusão ............................................................................................. 12
Capítulo 4 ......................................................................................... 13
Estruturação do projeto ...................................................................................... 13 4.1 – Primeiro Semestre de 2011/2012 ................................................................. 13 4.2 – Segundo Semestre de 2011/2012 ................................................................. 14
Referências ....................................................................................... 15
iv ÍNDICE
v
Lista de figuras
Figura 2.1 – As Ondas e Intervalos de um sinal de ECG, pág. 9.
Figura 2.2 – Desenho das camadas da pele humana em relação à glândula de suor écrina, pág. 10.
Figura 4.2 – Diagrama de Gantt para o planeamento de tarefas do Segundo Semestre de 2011/2012, pág 15.
vi LISTA DE FIGURAS
vii
Abreviaturas e Símbolos
Lista de abreviaturas (ordenadas por ordem alfabética)
CIA Central Intelligence Agency
CIT Concealed Information
CQT Control Question Technique
DOE Department of Energy
ECG Electrocardiography
EDR Electrodermal Response
EEG Electroencephalography
FBI Computer Federal Bureau of Investigation
GKT Guilty Knowledge Test
R/I Relevant/Irrelevant Question Technique
SNC Sistema Nervoso Central
Lista de símbolos
U Potencial elétrico
R Resistência
I Corrente elétrica
viii ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
1
Capítulo 1
Introdução
1.1 - Motivação
No contexto judicial e empresarial, existem grandes dúvidas relativamente às verdadeiras
intenções de resposta do examinado, o que pode levar a que as respostas sejam postas em
causa.
Devido à falta de consenso sobre o tema, tem surgido cada vez mais estudos ainda que
estes não tenham contribuído para o real esclarecimento sobre a eficácia do polígrafo.
Com o aumento do interesse, foram surgindo outras metodologias que potenciadas por
novas tecnologias, podem ser exclusivamente estudadas, levando a conclusões mais credíveis.
As respostas às premissas, anteriormente mencionadas, são a principal motivação à
investigação e elaboração da dissertação neste âmbito.
1.2 - Objetivos
O objetivo deste projeto consiste no estudo de três componentes constituintes do teste
do polígrafo assim como os procedimentos que precedem o teste.
O procedimento "pré-teste” do polígrafo será baseado no Guilty Knowledge Test (GKT)
[1]que servirá como auxilio e guia na elaboração do questionário a que o voluntário será
sujeito por forma a simular um real sujeito, existindo ainda o Relevant/Irrelevant Question
Technique (R/I)[1] e Control Question Technique (CQT)[1]. Este será também usado durante
o teste para registar as perguntas anteriormente formuladas.
Nesta fase do projeto, a cooperação com docentes da FPCEUP, servirá para garantir a
qualidade e validade dos testes.
2 Introdução
Na dissertação está prevista a análise detalhada de três componentes:
Análise da voz: Proceder-se-á à gravação vocal dos voluntários usando um
microfone convencional.
Análise do Eletrocardiograma (do inglês Electrocardiography, ECG): registar-
se-á a atividade elétrica do coração dos voluntários usando um aparelho
específico, o eletrocardiógrafo.
Análise da Resposta Eletrodérmica (do inglês, Electrodermal Response, EDR):
A condutividade da pele, também designada por resposta eletrodérmica, é
medida devido às secreções causadas pelo sistema nervoso, usando normalmente
um aparelho formalmente conhecido como Hubbard Electrometer, para registar
estas alterações.
Nas componentes de análise em foco anteriormente mencionadas serão respeitadas as
condições acordadas (ambiente, tipo de perguntas, etc.) aquando do procedimento “pré-
teste” do polígrafo. Através de uma análise de sinal, pretende-se identificar alterações ou
perturbações e fazer uma correspondência entre as três componentes e o questionário.
1.3 - Estrutura do Documento
No primeiro capítulo, foi apresentada a motivação, assim como uma descrição dos
objetivos a atingir durante o desenvolvimento da investigação.
No segundo capitulo, é apresentado um estado da arte identificando o problema e
contextualizando-o no cenário atual. Serão analisadas as três componentes em foco,
anteriormente mencionadas: análise de voz, ECG e EDR.
No terceiro capítulo, é feito um levantamento das ferramentas que terão um papel
importante no decorrer da dissertação.
Por fim, no quarto capítulo, é apresentado um resumo do trabalho que foi desenvolvido
neste primeiro semestre do ano 2011/2012 e é feito o planeamento do que será realizado no
decorrer do segundo semestre do ano vigente.
3
Capítulo 2
Estado da Arte
Neste capítulo é feito um levantamento e estudo do estado da arte deste tema,
fornecendo alguns conceitos básicos, uma nota histórica e ainda dois Case Studies sobre o
mesmo.
2.1 – Polígrafo
William M. Marston , psicólogo e criador da personagem Wonder Woman1, que é
caracterizada pela procura da verdade e justiça social, teve uma ideia de criar um
instrumento que conseguisse detetar mentiras[2].
Em 1915 enquanto estudante de pós-graduação da Universidade de Harvard reportou que
a pressão sanguínea aumenta quando as pessoas mentem.
A premissa anteriormente mencionada, ajudou à invenção do poligrafo, detetor de
mentiras, em 1920 por J. A. Larson, estudante de medicina na Universidade de Califórnia
em Berkeley e por L. Keeler, polícia do departamento Berkeley na Califórnia.
Os polígrafos são utilizados por agências relacionadas com justiça e lei, no setor privado
para rastreio pré-emprego e para testes de espionagem e sabotagem[2].
Os proponentes alegam que o teste do polígrafo atinge altas taxas de sucesso, 98% para
sujeitos culpados e 82% para sujeitos inocentes. Estas taxas são elevadas pelo facto de
serem deixados de fora casos inconclusivos[2].
1 Personagem fictícia de banda desenhada, caracterizada pelo seu laço que obrigava os vilões a dizerem a verdade.
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O Poligrafo é usado para a gravação de alterações de fenómenos fisiológicos, tais como:
a frequência cardíaca, pressão arterial, condutividade da pele, taxa de respiração,
alterações na voz, etc. Estes fatores são analisados, porque são tidos como involuntários.
Estão fora do controle humano aquando da interrogação. A informação de todos os
parâmetros é correlacionada e analisada em questões específicas. Os especialistas do teste
com esta informação conseguem saber se o sujeito está ou não a mentir[3].
2.1.1 – Constituição Típica de um Polígrafo
O polígrafo, enquanto instrumento, grava e filtra o sinal original analógico. A saída final
deste aparelho é um sinal digital, discreto no tempo e com amostras de taxas variáveis.
No contexto desta dissertação, o poligrafo será constituído por três principais
componentes de análise: análise de voz, ECG e EDR. Normalmente este teste é mais completo
recorrendo ainda a medições de pressão sanguínea, respiração abdominal e análise da
atividade encefálica (Electroencephalography, EEG).
Analisando o sinal de cada um dos componentes do polígrafo, consegue-se uma saída
correlacionada que pode indicar a intenção de resposta do sujeito[2].
2.1.2 – Áreas Típicas de Utilização de um Polígrafo
A utilização de um polígrafo recai em contextos privados, judiciais e governamentais.
Em contextos privados, o teste é utilizado, por exemplo, em situações de pré-emprego,
que pode ditar a contratação ou não, situações de confidencialidade, que podem ditar um
processo disciplinar, ou mesmo uma violação do contrato de trabalho, situações de
espionagem industrial, que podem levar a um processo judicial.
Em contextos judiciais, a admissibilidade da evidência científica que representa o teste
é cada vez mais controversa, sendo que o seu uso de uma forma geral, não pode ser tido em
conta como uma prova no tribunal, ainda que em alguns estados dos Estados Unidos da
América, possam ser utilizados. Funciona normalmente como elemento a ser apresentado de
forma voluntária pelo advogado de defesa, promotores ou agências de aplicação de lei. No
estado da Califórnia é apresentado ao júri o resultado do teste e cabe ao mesmo auferir a sua
validade na decisão final. Na Geórgia, por outro lado, os réus que são sujeitos ao teste do
polígrafo e o resultado não valide a acusação, podem processar o operador do teste por danos
e custos associados. A Florida é o único estado que exige ao réu ser submetido ao teste em
situações específicas – criminosos sexuais anteriormente condenados. Ainda assim, não
podem ser utilizados como prova contra o mesmo, apenas no âmbito da terapia a que o réu é
sujeito[4].
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Em contextos Policiais ou Agências governamentais, tais como: departamentos de
polícia, Federal Bureau of Investigation (FBI), Central Intelligence Agency (CIA) e outras
agências, admite-se que o uso deste teste seja frequentemente utilizado[2].
2.1.2 – Case Studies
Caso Wen Ho Lee
Este caso é fruto de um levantamento sumário de algumas fontes sendo as mais
importantes: o livro “The Polygraph and Lie Detection”, “Commitee to riview the Scientic
Evidence on the Polygraph”[5] e ainda um artigo “Wen Ho Lee’s problematic Polygraph” da
CBSNEWS[6].
Este caso visa descrever de forma sucinta o conhecido caso de Wen Ho Lee.
Wen Ho Lee trabalhava como cientista nuclear secreto no Department of Energy, DOE,
no estado de Novo México, Albuquerque.
Lee tendo dupla nacionalidade, Taiuanesa e Americana, tinha uma passagem pela China
no passado e tinha acesso aos segredos nucleares Americanos. Foi considerado pelo FBI como
o principal suspeito no caso da emergente espionagem por parte da China.
Em Janeiro, dia 24 de 1984 Lee foi sujeito a um teste do polígrafo por um agente do FBI.
As perguntas a que foi sujeito, o seu formato e ainda a conclusão do mesmo nunca chegaram
a ser claramente reveladas no relatório feito pelo FBI. Ainda que Lee tenha confidenciado
que uma das perguntas a que foi sujeito tinha sido: “você forneceu alguma informação
classificada para alguma pessoa não autorizada?”, à qual respondeu sucintamente: “Não.”[5].
Sob um clima suspeito, supostamente o FBI não tomou nenhuma atitude. O chefe de
contraespionagem do DOE queria obter garantias de que Lee seria de confiança. Então em
Dezembro, dia 23 de 1998 Lee foi sujeito a um segundo teste do polígrafo ao qual passou
como inocente.
Algumas semanas após o segundo teste, o FBI recebeu os resultados do mesmo e avaliou-
os de forma oposta, Lee era culpado[5, 6].
Em 1999, dia 10 de Fevereiro o FBI conduziu um terceiro exame do polígrafo a Lee cujos
resultados supostamente seriam confidenciais[6].
Lee nunca foi acusado de espionagem, pelo que o teste do polígrafo nunca tenha sido
usado como prova[6].
Este caso de estudo foi realçado para reforçar a ideia que os testes de poligrafo não
levam a consenso, levando ainda a conclusões diferentes segundo o mesmo resultado.
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Caso Leandro Aragoncillo
O presente caso resulta de um levantamento de informação feito em algumas fontes
noticiosos, sendo que a mais relevante é “Investigation Continues: Security Breach at the
White House” da ABCNEWS[7], escrito por Brian Ross.
Leandro Aragoncillo trabalhava na casa Branca como analista para o vice-presidente Al
Gore, quando supostamente foi recrutado pelo presidente das Filipinas, Joseph Estrada, para
serviços de espionagem.
Agentes federais teriam afirmado que Aragoncillo tinha passado os vários testes do
polígrafo de rotina, a que todos os funcionários com acesso a documentos secretos seriam
submetidos.
Em 2005, dia 5 de Outubro, este foi acusado e preso por crimes de espionagem que
envolviam roubo de informação classificada.
Esta referência, ainda que breve, sobre o caso, permite verificar mais uma vez os
problemas que a validade e credibilidade do teste do polígrafo poderão levantar.
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2.2 – Componentes de análise em foco
Como foi anteriormente mencionado, esta dissertação assentará sobre quatro conceitos
fundamentais que serão descritos neste subcapítulo.
O teste do poligrafo tem que satisfazer os mesmos critérios que os outros testes
psicológicos, de maneira a poder ser considerado científico, sendo o mais importante o facto
de ser exato e ter uma boa teoria que o sustente[1, 8].
2.2.1 – Guilty Knowledge Test (GKT)
Existem três técnicas principais de questionário no teste do polígrafo[1, 8]:
Relevant/Irrelevant Question Technique (R/I);
Control Question Technique (CQT);
Concealed Information Test (CIT), também conhecido como Guilty Knowledge Test
(GKT);
O GKT é uma técnica psicológica de perguntas que pode ser usada como parte integrante
do teste do polígrafo.
Esta técnica pretende avaliar se os suspeitos tentam esconder a sua culpa, ao medir as
suas respostas fisiológicas e ao responderem a um conjunto de questões de escolha
múltipla.[8]
2.2.2 – Análise de voz
Nesta fase, proceder-se-á à gravação vocal dos voluntários, usando um microfone
convencional.
O critério mais vantajoso é o que se refere à avaliação acústica, que contém um
conjunto de parâmetros objetivos. Nesta análise, recomenda-se a gravação mínima de cem
impulsos glotais (resultam do movimento de abertura e fechamento das cordas vocais).
Serão procuradas alterações nos padrões de voz do voluntário, tais como: alterações no
pitch – tom de voz, intensidade sonora, formantes (determinadas zonas amplificadas pelo
trato vocal), tonalidades, timbre e intensidade subjetiva[9].
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2.2.3– Análise do Eletrocardiograma (ECG)
Este subcapítulo resultou de um estudo de informação retirada do livro “BRAUNWALD,
Eugene et al”, “Braunwald’s Heart Disease”, Eight edition, Elsevier Inc., 2008[10].
Nesta análise transtorácica é medida a atividade elétrica do coração através de um
conjunto de elétrodos especificamente situados em contato com a pele. É comummente
utilizada para exames cardíacos (diagnóstico de doenças cardíacas).
O ECG resulta de um conjunto de processos complexos – fisiológicos e tecnológicos.
Correntes iónicas transmembranares são geradas por fluxos iónicos pelas membranas
celulares e entre células adjacentes.
Estas correntes são sincronizadas pela ativação cardíaca e sequências de recuperação
para gerar um campo elétrico cardíaco, dentro e fora do coração que varia no tempo –
durante um ciclo cardíaco. Este campo varia ao passar por outras estruturas, tais como:
pulmões, sangue e músculo-esquelético.
Os elétrodos especificamente localizados, tronco e extremidades, detetam as correntes
que chegam à pele. Estas capturas são amplificadas e filtradas, criando assim um registo
eletrocardiográfico.
No resultado do exame serão evidenciados um conjunto de elementos, diretos e indiretos
(ver figura 2.1). Diretos: Onda P, Complexo QRS, Onda T e Onda U; Indiretos: PR, ST e QT.
Figura 2.1 – As Ondas e Intervalos de um sinal de ECG[10].
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2.2.4– Análise da Resposta Eletrodérmica (EDR)
A premissa básica subjacente à interpretação deste componente do teste é a de que a
sua magnitude de resposta é proporcional ao grau de importância psicológica da pergunta.
A pele é chamada de sistema tegumentar e constitui um conjunto de órgãos que
fornecem funções de sentido e de proteção.
As glândulas do suor, também conhecidas como glândulas sudoríparas, na palma da mão
são mais sensíveis ao sistema nervoso central (SNC) do que a mudanças de temperatura
ambiente.
Os seres humanos têm dois tipos de glândulas sudoríparas: aprócrinas e écrinas. As
écrinas são as que desempenham um papel importante na análise em questão. Estas estão
situadas pelo corpo todo, estando maioritariamente situadas nas palmas das mãos, plantas
dos pés e na testa.
A glândula de suor écrino consiste numa parcela enrolada (cerca de 0.4mm de diâmetro)
localizada no tecido subcutâneo (Subcutis) e um tubo de descarga ductal até um poro na
superfície da pele (ver figura 2.2)[2, 11].
Figura 2.2 – Desenho das camadas da pele humana em relação à glândula de suor écrina[11].
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A análise destas respostas tem que integrar um filtro passa-baixo, permitindo só a
passagem de baixas frequências (cerca de 6Hz), para remover ruído, uma vez que a atividade
em questão é lenta na natureza.
Para efetuar a variação da resistência, o circuito tira partido da lei básica de Ohm:
.
Se uma pequena corrente constante é aplicada entre dois elétrodos, situados na pele,
então alterações de tensão são proporcionais a alterações na resistência. E por outro lado,
mantendo a tensão, a corrente é inversamente proporcional à resistência ou proporcional à
condutância (inverso de resistência): .
Quando uma pequena corrente passa pela pele a sua condutividade ou o seu inverso, a
resistividade da pele é gravada usando os elétrodos normalmente situados entre dois
dedos[11].
2.3 – Conclusão
Através da realização do Estado da Arte deste tema é possível identificar algumas
questões importantes a serem respondidas.
Um dos maiores problemas do uso do Polígrafo tem sido a sua real fiabilidade. Esta é
posta em causa de várias maneiras em diferentes estudos. Será portanto um desafio aplicar
um questionário (GTK) e alguns algoritmos de processamento de sinal (Voz, ECG e EDR) para
através destas componentes conseguir auferir a veracidade da resposta.
11
Capítulo 3
Ferramentas de Análise
Neste capítulo serão referenciadas as potenciais ferramentas de análise que serão
utilizadas no decorrer da dissertação, havendo sempre flexibilidade de introdução de novos
métodos e ferramentas.
Para todos os componentes de análise, uma ferramenta que receberá destaque é o Matlab
uma vez que é uma ferramenta com a qual existe alguma familiaridade e é otimizada para o
tipo de processamento de sinal necessário para este trabalho.
3.1 – Ferramentas de Análise de Voz.
Ferramentas de Aquisição:
Microfone convencional;
Ferramentas de Processamento:
Matlab[12];
Matlab VOICEBOX: Speech Processing Toolbox[13], trata-se de uma ferramenta
naturalmente vocacionada para diagnósticos de sinais de voz. Esta ferramenta
disponibiliza ainda um conjunto de ferramentas adicionais e funções que podem
ter uma relevância acrescida;
Seegnal Voice Studio, pode-se destacar a gravação instantânea (WAV e ACC+),
analise interativa da frequência fundamental (PITCH), análise do vozeamento do
sinal, entre outras[14];
12 Ferramentas de Análise
Praat, esta ferramenta é otimizada para análise de sons vozeados, permitindo a
análise específica de parâmetros fundamentais tais como a frequência
fundamental, da intensidade sonora, formantes, entre outros[15];
3.1 – Ferramentas de Análise do ECG
Ferramentas de Aquisição:
Biopac MP36RWSW, grava os sinais necessários de avaliação e
processamento[16].
Ferramentas de Processamento:
Matlab[12];
Acq Knowledge, software interactivo oferecido com o aparelho de aquisição do
exame em questão[16];
3.2 – Ferramentas de Análise do EDR
Ferramentas de Aquisição:
Indigo Systems, grava os sinais referentes à resposta eletrodérmica, usando para
o efeito sensores nos pulsos, tornozelos e testa;
Flex/Pro Sensor SA9309M, usa dois elétrodos com tensão aplicada a dois dedos
da mesma mão[17];
Ferramentas de Processamento:
Matlab[12];
3.3 – Conclusão
Neste capítulo não podemos avançar com o conjunto de ferramentas efetivas que iremos
usar, uma vez que não é possível saber com certeza, neste momento, o material disponível.
Estamos também dependentes da cooperação com a FPCEUP, que poderá possibilitar o uso de
material já existente nesta instituição para o efeito.
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Capítulo 4
Estruturação do projeto
Neste capítulo será apresentado um resumo do trabalho desenvolvido no primeiro
semestre do ano curricular 2011/2012 e que será desenvolvido no segundo semestre do
mesmo ano.
4.1 – Primeiro Semestre de 2011/2012
Nesta primeira fase de investigação sobre o tema, tendo em conta a sua
contextualização histórica e social. Foi feito um trabalho de compreensão e estudo da
verdadeira questão encontrada: “Pode o teste do polígrafo ser considerado um teste
científico?”.
Foram analisadas e estudadas as componentes que estarão em foco no decorrer da
dissertação. E por fim foi feito um levantamento das possíveis ferramentas a serem
exploradas no decorrer da mesma.
14 Estruturação do Projeto
4.2 – Segundo Semestre de 2011/2012
Neste subcapítulo apresenta-se um diagrama representativo, ainda que a título
provisório, do planeamento das fases de trabalho para o segundo semestre do ano letivo de
2011/2012.
Figura 4.1 – Diagrama de Gantt para o planeamento de tarefas do Segundo Semestre de 2011/2012
15
Referências
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The role of orienting in the Concealed Information Test. 2005.
2. Slavkovic, A., Evaluating Polygraph Data, in Test2002. p. 1-27.
3. Bhalode, S., et al. Polygraphic techniques: an expert system approach. in
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http://abcnews.go.com/WNT/Investigation/story?id=1190375#.Tzhi6VyyyuJ.
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13. The MathWorks, I. 13-02-2012]; Available from:
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