암순응 후 인간의 적외선에 의해 유발되는 시각 활동

배경: 시각 장애는 전 세계적으로 2억 8,500만 명의 사람들에게 영향을 미칩니다. 미국의 시각 장애 유병률은 2000년 330만 명에서 2020년 550만 명으로 증가할 것으로 예상됩니다. 이것은 직간접 비용으로 연간 382억 달러에 달하는 현재의 시력 상실의 경제적 부담을 악화시킬 것입니다. 고소득 국가에서 실명의 주요 원인은 광수용체 세포층의 점진적인 손실로 이어지는 질병인 연령 관련 황반 변성(AMD) 때문입니다. 약 175만 명이 미국에서 AMD를 앓고 있으며 또 다른 730만 명이 위험에 처해 있습니다. 중요하게도, AMD에서 광수용기 세포의 손실에도 불구하고 망막의 다른 세포층은 대체로 온전하게 남아 있습니다.

망막은 눈의 뒤쪽에 있으며 구조적 층으로 구성되어 있습니다. 외부 핵층에는 막대와 원뿔이라는 광 수용체가 있습니다. 내부 핵층에는 양극성, 수평 및 무 축삭 세포가 포함됩니다. 가장 앞쪽에 신경절 세포층에는 시신경으로 눈을 빠져나가는 축삭이 있습니다. 시각적 이미지 형성은 빛의 광자가 눈에 들어와 모든 망막층을 통과하고 광수용기 세포에 의해 흡수될 때 시작됩니다. 이 세포는 빛의 광자를 전기화학적 신호로 변환하며, 이 신호는 양극성 세포에 이어 신경절 세포로 전달됩니다. 여기에서 활동 전위가 생성되고 시신경을 통해 시각 지각이 일어나는 뇌 영역으로 전파됩니다. 눈이 암순응 상태일 때 이 경로의 세포는 잠재적으로 IR과 같은 다른 유형의 자극에 더 민감합니다. 연구원들은 신경절 세포에서 TRP 채널이라고 불리는 양이온 채널이 이 암순응 상태에서 IR에 의해 활성화되어 IR에 대한 시각적 반응을 생성한다고 믿고 있습니다. 열은 신체의 다른 곳에서 이러한 채널을 통해 특정 하위 유형의 알려진 활성제입니다. TRP 채널은 또한 살모사와 흡혈박쥐의 IR 비전을 담당합니다.

Palczewska et al. IR에 대한 시각 지각은 시각 색소의 직접적인 2광자 이성화 과정을 통해 발생한다고 보고했습니다. 그러나 다른 증거는 IR 인식이 단일 IR 광자 흡수를 통해 발생할 수 있음을 시사합니다. IR을 사용하여 이식된 시각 보철물의 기능을 테스트하는 연구에서는 VEP 테스트와 ERG 모두에서 이식된 눈과 비교할 때 이식되지 않은 눈에서 IR에 대한 반응이 더 큰 것으로 나타났습니다. ERG에서 암순응 역치 반응(STR)이라고 하는 IR에 특정한 특수 반응이 발견되었습니다. 이 반응은 암순응 조건에서 발생하며 신경절 세포층의 반응과 관련이 있습니다. 신경절 세포에서 TRP 채널의 직접적인 IR 활성화는 시각적 반응을 시작할 수 있습니다. 이러한 발견을 바탕으로 조사자들은 암순응 상태에서 IR에 대한 인간의 반응이 열 활성화 TRP 채널을 통해 신경절 세포 수준에서 발생한다는 가설을 세웠습니다.

연구 설계 목표1: 암순응 상태에서 인간의 시각적 인식을 위한 최적의 IR 파장을 결정합니다.

목표 1 소개: 이 목표의 목적은 인간의 눈이 민감한 최적의 IR 파장을 결정하는 것입니다. 이 목표를 달성하기 위해 연구자들은 건강한 사람의 눈과 색맹이 있는 사람이 특정 파장을 선호하는 IR 파장 범위를 감지할 것이라는 작업 가설을 테스트할 것입니다. 조사관은 IR 범위의 파장별 대역 통과 필터가 있는 광역 스펙트럼 광원을 사용하여 작업 가설을 테스트합니다. 이 목표에 대한 연구자의 이론적 근거는 인간 눈의 최적 IR 파장을 이해하는 것이 진단 장비를 사용하여 IR에 대한 시각적 반응을 테스트할 때 향후 조사에 도움이 될 것이라는 것입니다. 이것은 다른 안과 양식이 시각 병리를 진단하고 치료하기 위해 IR을 사용하는 방식에 영향을 미칠 수 있기 때문에 중요합니다.

목표 1을 위한 연구 설계: 18세 이상의 총 25명의 건강한 참가자(정상 시력 15명, 색맹 10명)가 뉴멕시코 대학교(UNM) 임상 및 중개 과학 센터(CTSC) 임상 연구 자원 봉사자 등록부를 사용하여 모집됩니다. HRRC-06412. CTSC 연구 코디네이터를 사용하여 정보에 입각한 동의, 참가자 인구 통계, 과거 내과 및 시각 병력, 일반 시력 검사를 받게 됩니다. 각 참가자는 눈의 최적의 암순응을 위해 한 시간 동안 암실에 배치됩니다. 조사관은 서로 다른 IR 파장의 파장별 대역 통과 필터가 있는 광역 스펙트럼 광원을 사용합니다. 850nm에서 1400nm까지 총 12개의 필터가 사용됩니다. 강도 곡선은 참가자가 자극에 대한 시각적 반응을 나타낼 때까지 전원을 천천히 켜서 각 파장에 대해 작성됩니다.

목표 1을 위한 데이터 분석: 조사자가 데이터를 분석합니다. 기술 통계는 인구 통계, 일반 및 시각적 건강 정보, 보고된 최적의 파장을 평가하는 데 사용됩니다. 조사자의 분석은 각 파장에 대한 응답 간의 차이를 비교합니다. 조사관이 아는 한 인간의 시각 인식에 어떤 IR 파장이 최적인지 평가하는 연구는 없었으므로 조사관은 10%의 낮은 효과 크기를 가정하여 건강한 참가자 30명 중 2명 이상이 특정 파장에 대해 선호하는 반응. 조사관은 조사 결과에 대한 응답으로 추정된 효과 크기를 설명합니다.

목표 1에 대한 예상 결과: 연구자들은 인간의 눈이 IR 파장 범위를 인식할 것으로 예상하지만 밝기 면에서 최적인 특정 파장을 가지고 있습니다.

목표 1을 위한 잠재적 문제 및 대체 전략: 샘플링 편향을 방지하기 위해 조사관은 뉴멕시코에서 대표 샘플을 얻을 계획입니다. 그러나 참가자는 일반 인구보다 젊고 교육 수준이 높을 수 있습니다. 빛 공해의 혼란스러운 편향이 발생할 수 있으며, 이는 암순응을 방지하고 IR 감도를 감소시킵니다. 광도계는 배경 광자의 공간을 평가합니다.

목표 2: 암순응 후 건강한 인간에서 IR에 대한 전기생리학적 반응을 테스트합니다.

목표 2 소개: 이 목표의 목적은 시각 경로에서 IR 변환 부위를 결정하는 것입니다. 이 목표를 달성하기 위해 조사관은 IR이 암순응 후 ERG 및 VEP 테스트에서 인간 대상의 진폭 변화를 유도한다는 작업 가설을 테스트할 것입니다. 연구자들은 가시광선 기준선에 대한 전기생리학적 시각 반응을 IR과 비교하는 임상 시험을 통해 작업 가설을 테스트할 것입니다. 이 목표에 대한 연구자의 이론적 근거는 제안된 연구가 시각의 대체 메커니즘에 대한 중요한 이해에 기여할 것이라는 점입니다. 일반적인 시각적 건강을 더 이해하고 IR이 시각적 반응을 직접 유도하는 방법을 입증하기 위해 이 경로를 조사하는 것이 중요합니다. 이러한 발견은 IR을 포함하도록 시각적으로 반응하는 광 스펙트럼을 확장할 것이기 때문에 중요할 것입니다.

목표 2를 위한 연구 설계: 목표 1과 동일한 기준을 사용하여 총 6명의 18세 이상의 건강한 참가자를 모집합니다. 조사관은 목표 1과 동일한 문서 및 건강 정보를 수집합니다. 참가자는 기준선 및 어두운 적응 IR 조건 모두에서 VEP 및 ERG를 사용하여 UNM 안과에서 테스트됩니다. 두 테스트 모두 비침습적이며 안전한 것으로 간주됩니다. 임상 VEP 및 전체 필드 ERG에 대한 비전의 임상 전기생리학 국제 학회(ISCEV) 지침을 따를 것입니다. 이러한 프로토콜은 암순응 후 IR 자극을 테스트하기 위해 확장됩니다. 참가자의 총 시간은 5시간이며 각 참가자는 한 번만 참가합니다.

목표 2를 위한 데이터 분석: 조사자가 데이터를 분석합니다. 설명 통계는 인구 통계 및 일반 및 시각적 건강 정보를 설명합니다. ISCEV 프로토콜에 따라 일반 실험실 범위를 벗어나 실험할 때 조사자는 정규 분포를 가정하지 않습니다. 보고서는 자극 및 기록 매개변수를 지정합니다. 조사관의 기본 분석은 이항 분포(HO = 0, HI > 0)를 사용하여 자극에 대한 응답의 기본 확률을 테스트합니다. 정확한 테스트를 사용하여 연구자의 2차 분석은 각 자극 유형에 대한 0, 15, 30, 45, 60분의 암순응 시간 간격 간의 차이를 비교하고 3차 분석은 각 시간 간격에서 기준선과 IR 자극 간의 차이를 비교합니다. 조사관의 파일럿 데이터와 동물 모델은 IR에 대한 일관된 시각적 반응을 보여주었습니다. 그러나 연구자가 아는 한 인간의 IR 자극에 대한 전기생리학적 연구는 없었습니다. 따라서 연구자들은 낮은 효과 크기를 가정할 것입니다. 그러나 진단 테스트 비용으로 인해 참가자는 5명으로 제한됩니다. 조사관은 결과에 대한 응답으로 추정된 효과 크기를 설명합니다.

목표 2에 대한 예상 결과: 조사관은 어둠에 적응한 인간의 ERG 및 VEP에서 IR 반응을 예상합니다.

목표 2에 대한 잠재적 문제 및 대체 전략: 목표 2는 목표 1과 동일한 잠재적 문제를 공유하며 조사관은 동일한 방식으로 이러한 문제를 해결할 것입니다. 또한 ERG 및 VEP에서 교정 바이어스가 발생할 수 있습니다. 조사관은 이 두 테스트 모두에 대해 ISCEV 프로토콜을 따를 것입니다. IR 시험은 ERG 및 VEP 신호의 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 추가 자극 반복을 평균화해야 할 수 있습니다. 결과 해석의 편향을 피하기 위해 조사관은 내부 및 상호 신뢰도 비교를 사용합니다.

목표 3: 암순응 후 망막 질환 또는 손상이 있는 인간의 IR에 대한 전기생리학적 반응을 테스트합니다.

목적 3 소개: 이 목적의 목적은 IR에 반응하는 망막 세포층과 TRP 채널 관련 특성을 결정하는 것입니다. 이 목적을 달성하기 위해 연구자들은 IR이 특정 망막 질환에서 진폭 변화를 유도하지 않는다는 작업 가설을 테스트할 것입니다. 조사관은 ERG 및 VEP를 사용하여 특정 망막 질환에서 IR에 대한 시각적 반응을 테스트하여 임상 시험으로 작업 가설을 테스트합니다. 이 목표에 대한 연구자의 이론적 근거는 제안된 연구가 특정 망막 질환이 IR에 시각적으로 민감한지 여부를 조사할 것이라는 것입니다. 이것은 특정 망막 질환에서 시각 연구에 대한 다른 접근 방식을 허용할 수 있기 때문에 조사하는 것이 중요합니다. 이러한 발견은 새로운 형태의 시각적 보철물의 기초를 제공할 수 있기 때문에 중요할 것입니다.

목표 3을 위한 연구 설계: 총 25명의 참가자 또는 망막 질환당 5명이 CTSC 임상 연구 자원 봉사 등록부 HRRC-06412를 사용하여 모집됩니다. 망막 질환에는 색소성 망막염, 연령 관련 황반 변성, 선천성 고정 야맹증, 백내장이 포함됩니다. 색맹이 있는 5명의 참가자도 포함됩니다. 베이스라인 및 어둠에 적응된 조건에서 인구 통계학적 수집 및 ERG 및 VEP 테스트를 위한 목표 2와 동일한 프로토콜을 따를 것입니다.

목표 3을 위한 데이터 분석: 목표 2와 동일한 유형의 데이터 분석을 사용하는 것 외에도 망막 질환과 건강한 참가자 간에 결과를 비교합니다.

목표 3에 대한 예상 결과: 연구자들은 IR이 암순응 후 특정 망막 질환에서 ERG 및 VEP에 대한 반응을 유도하지 않을 것으로 예상합니다.

목표 3에 대한 잠재적인 문제 및 대안 전략: 목표 2와 동일.