暗順応後の人間の赤外線によって誘発される視覚活動

背景: 視覚障害は、世界中で 2 億 8,500 万人に影響を与えています。 米国における視覚障害の有病率は、2000 年の 330 万人から 2020 年には 550 万人に増加すると予想されています。 これにより、視力喪失による現在の経済的負担がさらに悪化し、直接的および間接的費用として年間 382 億ドルがすでに発生しています。 高所得国における失明の主な原因は、加齢黄斑変性症 (AMD) によるものです。AMD は、視細胞層が徐々に失われる病気です。 米国では推定 175 万人が AMD を患っており、さらに 730 万人がそのリスクにさらされています。 重要なことに、AMD では光受容体細胞が失われますが、網膜の他の細胞層はほとんど無傷のままです。

網膜は目の後ろを覆っており、構造層で構成されています。 外側の核層には、桿体と錐体と呼ばれる光受容体が含まれています。 内核層には、双極、水平、およびアマクリン細胞が含まれます。 最も前方の神経節細胞層には、視神経として眼を出る軸索があります。 光子が眼に入り、すべての網膜層を通過し、光受容細胞に吸収されると、視覚画像の形成が始まります。 これらの細胞は光の光子を電気化学信号に変換し、それが双極細胞に伝達され、続いて神経節細胞に伝達されます。 ここで、活動電位が生成され、視神経を介して、視覚が発生する脳の領域に伝達されます。 目が暗順応している場合、この経路の細胞は、IR などの他の種類の刺激に対してより敏感になる可能性があります。 研究者は、ガングリオン細胞の TRP チャネルと呼ばれるカチオン チャネルが、この暗順応状態で IR によって活性化され、IR に対する視覚的反応を生み出すと考えています。 熱は、体内の他の場所にあるこれらのチャネルの特定のサブタイプの既知の活性化因子です。 TRP チャネルは、マムシや吸血コウモリの IR ビジョンにも関与しています。

パルチェフスカ等。は、視覚色素の直接的な2光子異性化のプロセスを通じて、IRへの視覚認識が発生したことを報告しました。 ただし、他の証拠は、単一の IR 光子吸収によって IR 知覚が発生する可能性があることを示唆しています。 IR を使用して移植された視覚補綴物の機能をテストする研究では、VEP テストと ERG の両方で、移植された眼と比較して、移植されていない眼の IR に対する反応が大きいことがわかっています。 ERG では、暗所視閾値反応 (STR) と呼ばれる IR に固有の特殊な反応が見つかりました。 この応答は、暗順応条件下で発生し、神経節細胞層での応答と相関します。 神経節細胞上の TRP チャネルの直接 IR 活性化は、視覚的反応を開始する可能性があります。 これらの調査結果に基づいて、研究者は、暗順応下での IR に対する人間の反応は、熱によって活性化された TRP チャネルを介して神経節細胞のレベルで発生するという仮説を立てています。

研究計画の目的 1: 暗順応時の人間の視覚に最適な IR 波長を決定すること。

目的 1 の概要: この目的の目的は、人間の目が敏感な IR の最適な波長を決定することです。 この目的を達成するために、研究者は、健康な人間の目と色弱者の目は、特定の波長を優先して、さまざまな赤外線波長を検出するという作業仮説をテストします。 調査員は、IR 範囲の波長固有のバンドパス フィルターを備えた広域スペクトル光源を使用して、作業仮説をテストします。 この目的の研究者の理論的根拠は、人間の目の最適な IR 波長を理解することが、診断機器を使用して IR に対する視覚反応をテストする際の将来の調査に役立つということです。 これは、他の眼科モダリティが IR を使用して視覚障害を診断および治療する方法に影響を与える可能性があるため、重要です。

目的 1 の研究デザイン: ニューメキシコ大学 (UNM) 臨床およびトランスレーショナル サイエンス センター (CTSC) 臨床研究ボランティア レジストリを使用して、18 歳以上の合計 25 人の健康な参加者 (正常な視覚を持つ 15 人、色覚異常を持つ 10 人) が募集されます。 HRRC-06412。 CTSC研究コーディネーターを使用して、インフォームドコンセント、参加者の人口統計、過去の病歴および視覚歴、および一般的な眼科検査を取得します。 各参加者は、目の最適な暗順応を可能にするために、1時間暗い部屋に置かれます。 調査官は、さまざまな IR 波長の波長固有のバンドパス フィルターを備えた広域スペクトル光源を使用します。 850 nm から 1400 nm までの合計 12 個のフィルターが使用されます。 強度曲線は、参加者が刺激に対する視覚的反応を示すまでパワーを上げることによって、波長ごとに構築されます。

目的 1 のデータ分析: データは研究者によって分析されます。 記述統計は、人口統計、一般的および視覚的な健康情報、および報告された最適な波長を評価するために使用されます。 研究者の分析では、各波長の応答の違いを比較します。 研究者の知る限り、どの赤外線波長が人間の視覚に最適かを評価した研究は存在しないため、研究者は 10% という低い効果サイズを想定しています。特定の波長に対する優先応答。 研究者は、調査結果に応じて推定効果量を説明します。

目的 1 の期待される結果: 調査員は、人間の目はさまざまな IR 波長を知覚することを期待していますが、明るさに関して最適な特定の波長を持っています。

潜在的な問題と目的 1 の代替戦略: サンプリングの偏りを防ぐために、研究者はニュー メキシコ州から代表的なサンプルを取得することを計画しています。ただし、参加者は一般集団よりも若く、教育を受けている場合があります。 光害の交絡バイアスが発生する可能性があり、これにより暗順応が妨げられ、IR 感度が低下します。 光度計は、背景光子の部屋を評価します。

目的 2: 暗順応後の健康なヒトの IR に対する電気生理学的反応をテストする。

目的 2 の概要: この目的の目的は、視覚経路における IR 伝達の部位を決定することです。 この目的を達成するために、研究者は、暗順応後にERGおよびVEPテストでIRがヒト被験者の振幅変化を誘発するという作業仮説をテストします。 研究者は、可視光のベースラインに対する電気生理学的視覚反応を IR と比較する臨床試験で作業仮説を検証します。 この目的の研究者の理論的根拠は、提案された研究が視覚の代替メカニズムの重要な理解に貢献するということです。 この経路を調査して、一般的な視覚の健康をさらに理解し、IR が視覚反応を直接引き出す方法を実証することが重要です。 このような発見は、視覚的に反応する光スペクトルを拡大してIRを含めるため、重要です。

目的 2 の研究デザイン: 18 歳以上の合計 6 人の健康な参加者が、目的 1 と同じ基準を使用して募集されます。 調査員は、目的 1 と同じ文書と健康情報を収集します。参加者は、ベースラインと暗順応 IR 条件下の両方で VEP と ERG を使用して、UNM アイ クリニックでテストされます。 どちらの検査も非侵襲的であり、安全であると考えられています。 臨床 VEP および全視野 ERG の国際臨床電気生理学学会 (ISCEV) ガイドラインに従います。 これらのプロトコルは、暗順応後の IR 刺激をテストするために拡張されます。 参加者の合計時間は 5 時間で、各参加は 1 回のみです。

目的 2 のデータ分析: データは研究者によって分析されます。 記述統計は、人口統計と一般的および視覚的な健康情報を説明します。 ISCEV プロトコルに従って、通常の実験室の範囲外で実験する場合、研究者は正規分布を仮定しません。 レポートは刺激と記録パラメータを指定します。 研究者の一次分析では、二項分布 (HO = 0、HI > 0) を使用して、刺激に対する反応の潜在的な確率をテストします。 正確なテストを使用して、調査員の二次分析では、刺激の種類ごとに 0、15、30、45、60 分の暗順応時間間隔の違いを比較し、三次分析では、各時間間隔でのベースライン刺激と IR 刺激の違いを比較します。 研究者のパイロット データと動物モデルは、IR に対する一貫した視覚的反応を示しています。 ただし、研究者の知る限り、人間の IR 刺激に対する電気生理学的研究は行われていません。 したがって、研究者は効果量が小さいと仮定します。 ただし、検査費用の都合上、定員は5名までとさせていただきます。 研究者は、調査結果に応じて推定効果量を説明します。

目的 2 の期待される結果: 研究者は、暗順応した人間の ERG と VEP で IR 応答を期待しています。

目的 2 の潜在的な問題と代替戦略: 目的 2 は、目的 1 と同じ潜在的な問題を共有しており、調査員は同じ方法でこれらに対処します。 さらに、ERG と VEP ではキャリブレーション バイアスが発生する可能性があります。 調査員は、これらのテストの両方について ISCEV プロトコルに従います。 IR 試験では、ERG 信号と VEP 信号の信号対雑音比を改善するために、追加の刺激の繰り返しを平均化する必要がある場合があります。 結果の解釈における偏りを避けるために、研究者は信頼性内および信頼性間の比較を使用します。

目的 3: 暗順応後の網膜疾患または損傷を有するヒトの IR に対する電気生理学的反応をテストすること。

目的 3 の概要: この目的の目的は、どの網膜細胞層が IR に応答しているか、および TRP チャネルの関与の性質を判断することです。 この目的を達成するために、調査員は特定の網膜疾患において IR が振幅の変化を誘発しないという作業仮説をテストします。 研究者は、ERG と VEP を使用して特定の網膜疾患における IR に対する視覚反応をテストすることにより、臨床試験で作業仮説をテストします。 この目的の研究者の理論的根拠は、提案された研究が、特定の網膜疾患が赤外線に視覚的に敏感であるかどうかを調べることです。 これは、特定の網膜疾患における視覚研究への異なるアプローチを可能にする可能性があるため、調査することが重要です。 このような発見は、視覚補綴の新しい形の基礎を提供する可能性があるため、重要です。

目的 3 の研究デザイン: CTSC 臨床研究ボランティア登録 HRRC-06412 を使用して、合計 25 人の参加者、または網膜疾患ごとに 5 人が募集されます。 網膜疾患には、網膜色素変性症、加齢黄斑変性症、先天性不動性夜盲症、白内障が含まれます。 色弱の方も5名参加予定です。 ベースラインおよび暗順応条件下での人口統計収集および ERG および VEP テストの目的 2 と同じプロトコルに従います。

目的 3 のデータ分析: 目的 2 と同じタイプのデータ分析を使用することに加えて、結果は網膜疾患と健康な参加者との間でも比較されます。

目的 3 の期待される結果: 研究者は、暗順応後の特定の網膜疾患において、IR が ERG および VEP に対する応答を誘発しないことを期待しています。

目標 3 の潜在的な問題と代替戦略: 目標 2 と同じ。