Activité visuelle évoquée par l'infrarouge chez l'homme après une adaptation à l'obscurité

CONTEXTE : La déficience visuelle touche 285 millions de personnes dans le monde. La prévalence de la déficience visuelle aux États-Unis devrait passer de 3,3 millions en 2000 à 5,5 millions en 2020. Cela aggravera le fardeau économique actuel de la perte de vision, qui s'élève déjà à 38,2 milliards de dollars par an en coûts directs et indirects. La principale cause de cécité dans les pays à revenu élevé est due à la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA), une maladie qui entraîne une perte progressive de la couche de cellules photoréceptrices. On estime que 1,75 million de personnes ont la DMLA aux États-Unis et 7,3 millions supplémentaires sont à risque. Fait important, malgré la perte de cellules photoréceptrices dans la DMLA, les autres couches cellulaires de la rétine restent en grande partie intactes.

La rétine tapisse le fond de l'œil et est composée de couches structurelles. La couche nucléaire externe contient des photorécepteurs appelés bâtonnets et cônes. La couche nucléaire interne comprend des cellules bipolaires, horizontales et amacrines. Plus en avant, la couche de cellules ganglionnaires a des axones qui sortent de l'œil en tant que nerf optique. La formation de l'image visuelle commence lorsqu'un photon de lumière pénètre dans l'œil, traverse toutes les couches rétiniennes et est absorbé par les cellules photoréceptrices. Ces cellules transduisent le photon de la lumière en un signal électrochimique, qui est communiqué aux cellules bipolaires, suivies des cellules ganglionnaires. Ici, un potentiel d'action est généré et propagé via le nerf optique à la zone du cerveau où se produit la perception visuelle. Lorsque l'œil est adapté à l'obscurité, les cellules de cette voie sont potentiellement plus sensibles à d'autres types de stimuli, tels que l'IR. Les chercheurs pensent que les canaux cationiques appelés canaux TRP dans les cellules ganglionnaires sont activés par l'IR dans cet état adapté à l'obscurité, créant la réponse visuelle à l'IR. La chaleur est un activateur connu de certains sous-types de ces canaux ailleurs dans le corps. Les canaux TRP sont également responsables de la vision infrarouge des vipères et des chauves-souris vampires.

Palczewska et al. ont rapporté que la perception visuelle de l'IR se produisait par un processus d'isomérisation directe à deux photons des pigments visuels. Cependant, d'autres preuves suggèrent que la perception IR peut se produire par l'absorption d'un seul photon IR. Les études qui utilisent l'IR pour tester la fonctionnalité d'une prothèse visuelle implantée ont noté une plus grande réponse à l'IR dans l'œil non implanté par rapport à l'œil implanté sur les tests VEP et ERG. Sur l'ERG, une réponse spécialisée spécifique à l'IR a été trouvée appelée la réponse du seuil scotopique (STR). Cette réponse se produit dans des conditions adaptées à l'obscurité et est en corrélation avec une réponse au niveau de la couche de cellules ganglionnaires. L'activation IR directe des canaux TRP sur les cellules ganglionnaires pourrait initier une réponse visuelle. Sur la base de ces découvertes, les chercheurs émettent l'hypothèse que la réponse humaine à l'IR sous adaptation à l'obscurité se produit au niveau des cellules ganglionnaires via des canaux TRP activés par la chaleur.

CONCEPTION DE LA RECHERCHE OBJECTIF 1 : Déterminer la longueur d'onde IR optimale pour la perception visuelle humaine tout en étant adapté à l'obscurité.

Introduction pour l'objectif 1 : L'objectif de cet objectif est de déterminer la longueur d'onde optimale de l'IR à laquelle l'œil humain est sensible. Pour atteindre cet objectif, les chercheurs testeront l'hypothèse de travail selon laquelle l'œil humain sain et celui qui est daltonien détectera une gamme de longueurs d'onde IR, avec une préférence pour une longueur d'onde spécifique. Les chercheurs testeront l'hypothèse de travail en utilisant une source lumineuse à large spectre avec des filtres passe-bande spécifiques à la longueur d'onde dans la gamme IR. La justification des enquêteurs pour cet objectif est que la compréhension de la longueur d'onde IR optimale de l'œil humain facilitera les futures enquêtes lors du test de la réponse visuelle à l'IR à l'aide d'un équipement de diagnostic. Ceci est important car cela pourrait avoir un impact sur la façon dont d'autres modalités ophtalmologiques utilisent l'IR pour diagnostiquer et traiter les pathologies visuelles.

Conception de la recherche pour l'objectif 1 : Un total de 25 participants en bonne santé (15 avec une vision normale et 10 avec un daltonisme) âgés de 18 ans et plus seront recrutés à l'aide du registre des volontaires de recherche clinique du Centre des sciences cliniques et translationnelles (CTSC) de l'Université du Nouveau-Mexique (UNM) HRRC-06412. Le consentement éclairé, les données démographiques des participants, les antécédents médiaux et visuels et un examen général de la vue seront obtenus par l'intermédiaire du coordinateur de recherche du CTSC. Chaque participant sera placé dans une chambre noire pendant une heure pour permettre une adaptation optimale de l'œil à l'obscurité. Les chercheurs utiliseront une source lumineuse à large spectre avec des filtres passe-bande spécifiques à la longueur d'onde de différentes longueurs d'onde IR. Un total de 12 filtres seront utilisés allant de 850 nm à 1400 nm. Des courbes d'intensité seront construites pour chaque longueur d'onde, en augmentant lentement la puissance jusqu'à ce que le participant indique une réponse visuelle au stimulus.

Analyse des données pour l'objectif 1 : Les données seront analysées par les enquêteurs. Des statistiques descriptives seront utilisées pour évaluer les données démographiques, les informations générales et visuelles sur la santé et les longueurs d'onde optimales rapportées. L'analyse des enquêteurs comparera les différences entre les réponses pour chaque longueur d'onde. À la connaissance des enquêteurs, il n'y a pas eu d'études évaluant quelle longueur d'onde IR est optimale pour la perception visuelle humaine. réponse préférée à une longueur d'onde spécifique. Les enquêteurs décriront les tailles d'effet estimées en réponse aux résultats.

Résultats attendus pour l'objectif 1 : Les chercheurs s'attendent à ce que l'œil humain perçoive une gamme de longueurs d'onde IR, mais ait une longueur d'onde spécifique optimale en termes de luminosité.

Problèmes potentiels et stratégies alternatives pour l'objectif 1 : Pour éviter les biais d'échantillonnage, les enquêteurs prévoient d'obtenir un échantillon représentatif du Nouveau-Mexique ; cependant, les participants peuvent être plus jeunes et plus instruits que la population générale. Un biais confondant de pollution lumineuse peut se produire, ce qui empêcherait l'adaptation à l'obscurité et diminuerait la sensibilité IR. Un photomètre évaluera la pièce pour les photons de fond.

OBJECTIF 2 : Tester la réponse électrophysiologique à l'IR chez des humains en bonne santé après une adaptation à l'obscurité.

Introduction pour l'objectif 2 : L'objectif de cet objectif est de déterminer le site de transduction IR dans la voie visuelle. Pour atteindre cet objectif, les chercheurs testeront l'hypothèse de travail selon laquelle l'IR provoque un changement d'amplitude chez les sujets humains sur les tests ERG et VEP après adaptation à l'obscurité. Les chercheurs testeront l'hypothèse de travail avec un essai clinique dans lequel la réponse visuelle électrophysiologique à la ligne de base de la lumière visible est comparée à l'IR. La justification des chercheurs pour cet objectif est que la recherche proposée contribuera à une compréhension importante d'un mécanisme alternatif de la vision. Il est important d'étudier cette voie pour mieux comprendre la santé visuelle générale et pour démontrer comment l'IR suscite directement une réponse visuelle. Une telle découverte serait importante car elle élargirait le spectre de la lumière visuellement sensible pour inclure l'IR.

Conception de la recherche pour l'objectif 2 : un total de 6 participants en bonne santé âgés de 18 ans et plus seront recrutés en utilisant les mêmes critères que pour l'objectif 1. Les enquêteurs recueilleront la même documentation et les mêmes informations sur la santé que dans l'objectif 1. Les participants seront testés à la clinique ophtalmologique de l'UNM en utilisant le VEP et l'ERG à la fois au départ et dans des conditions IR adaptées à l'obscurité. Les deux tests sont non invasifs et considérés comme sûrs. Les directives de la Société internationale d'électrophysiologie clinique de la vision (ISCEV) pour les VEP cliniques et les ERG à champ complet seront suivies. Ces protocoles seront étendus pour tester le stimulus IR après adaptation à l'obscurité. Le temps total pour les participants sera de 5 heures et chacun ne participera qu'une seule fois.

Analyse des données pour l'objectif 2 : Les données seront analysées par les enquêteurs. Les statistiques descriptives décriront les données démographiques et les informations générales et visuelles sur la santé. Conformément au protocole ISCEV, lors de l'expérimentation en dehors des plages de laboratoire normales, les enquêteurs ne supposeront pas une distribution normale. Les rapports préciseront les paramètres de stimulation et d'enregistrement. L'analyse primaire des enquêteurs testera la probabilité sous-jacente d'une réponse au stimulus à l'aide de distributions binomiales (HO = 0, HI > 0). À l'aide de tests exacts, l'analyse secondaire des enquêteurs comparera les différences entre les intervalles de temps d'adaptation à l'obscurité de 0, 15, 30, 45, 60 minutes pour chaque type de stimulus, et l'analyse tertiaire comparera les différences entre la ligne de base et le stimulus IR à chaque intervalle de temps. Les données pilotes des enquêteurs et les modèles animaux ont démontré une réponse visuelle cohérente à l'IR. Cependant, à la connaissance des enquêteurs, il n'y a pas eu d'études électrophysiologiques sur un stimulus IR chez l'homme. Ainsi, les enquêteurs supposeront une taille d'effet faible. Cependant, en raison du coût du test de diagnostic, nous sommes limités à 5 participants. Les enquêteurs décriront les tailles d'effet estimées en réponse à la découverte.

Résultats attendus pour le but 2 : Les chercheurs s'attendent à une réponse IR dans l'ERG et le VEP chez les humains adaptés à l'obscurité.

Problèmes potentiels et stratégies alternatives pour l'objectif 2 : l'objectif 2 partage les mêmes problèmes potentiels que l'objectif 1, et les enquêteurs les aborderont de la même manière. De plus, un biais d'étalonnage peut se produire avec l'ERG et le VEP. Les enquêteurs suivront les protocoles ISCEV pour ces deux tests. Les essais IR peuvent nécessiter la moyenne de répétitions de stimulus supplémentaires pour améliorer le rapport signal sur bruit des signaux ERG et VEP. Pour éviter les biais dans l'interprétation des résultats, les enquêteurs utiliseront des comparaisons intra et inter-fiabilité.

OBJECTIF 3 : Tester la réponse électrophysiologique à l'IR chez les humains atteints de maladies ou de lésions rétiniennes après une adaptation à l'obscurité.

Introduction pour l'objectif 3 : L'objectif de cet objectif est de déterminer quelle couche de cellules rétiniennes répond à l'IR et la nature de l'implication du canal TRP. Pour atteindre cet objectif, les chercheurs testeront l'hypothèse de travail selon laquelle l'IR ne provoquera pas de changement d'amplitude dans certaines maladies rétiniennes. Les chercheurs testeront l'hypothèse de travail avec un essai clinique en testant la réponse visuelle à l'IR dans certaines maladies de la rétine à l'aide de l'ERG et du VEP. La justification des chercheurs pour cet objectif est que la recherche proposée examinera si certaines maladies rétiniennes sont visuellement sensibles à l'IR. Ceci est important à étudier car cela pourrait permettre une approche différente de la recherche visuelle dans certaines maladies de la rétine. Une telle découverte serait importante car elle pourrait fournir la base d'une nouvelle forme de prothèse visuelle.

Conception de la recherche pour l'objectif 3 : Un total de vingt-cinq participants, ou cinq par maladie rétinienne, seront recrutés à l'aide du registre des volontaires de recherche clinique du CTSC HRRC-06412. Les maladies rétiniennes comprennent la rétinite pigmentaire, la dégénérescence maculaire liée à l'âge, la cécité nocturne stationnaire congénitale, les cataractes. Cinq participants daltoniens seront également inclus. Le même protocole sera suivi que dans l'objectif 2 pour la collecte démographique et les tests ERG et VEP dans des conditions de base et adaptées à l'obscurité.

Analyse des données pour l'objectif 3 : En plus d'utiliser le même type d'analyse de données que dans l'objectif 2, les résultats seront également comparés entre les maladies rétiniennes et avec des participants en bonne santé.

Résultats attendus pour l'objectif 3 : Les chercheurs s'attendent à ce qu'un IR ne provoque pas de réponse sur l'ERG et le VEP dans certaines maladies rétiniennes après une adaptation à l'obscurité.

Problèmes potentiels et stratégies alternatives pour l'objectif 3 : identiques à l'objectif 2.