Atividade visual evocada por infravermelho em humanos após adaptação ao escuro

INTRODUÇÃO: A deficiência visual afeta 285 milhões de pessoas em todo o mundo. A prevalência de deficiência visual nos EUA deverá aumentar de 3,3 milhões em 2000 para 5,5 milhões em 2020. Isso vai exacerbar o atual fardo econômico da perda de visão, que já é de US$ 38,2 bilhões por ano em custos diretos e indiretos. A principal causa de cegueira em países de alta renda é devido à degeneração macular relacionada à idade (AMD), uma doença que leva à perda gradual da camada de células fotorreceptoras. Estima-se que 1,75 milhão de pessoas tenham DMRI nos Estados Unidos e outros 7,3 milhões estejam em risco. É importante ressaltar que, apesar da perda de células fotorreceptoras na DMRI, as outras camadas celulares da retina permanecem praticamente intactas.

A retina reveste a parte de trás do olho e é composta por camadas estruturais. A camada nuclear externa contém fotorreceptores chamados bastonetes e cones. A camada nuclear interna inclui células bipolares, horizontais e amácrinas. Mais anteriormente, a camada de células ganglionares tem axônios que saem do olho como nervo óptico. A formação da imagem visual começa quando um fóton de luz entra no olho, passa por todas as camadas da retina e é absorvido pelas células fotorreceptoras. Essas células transduzem o fóton de luz em um sinal eletroquímico, que é comunicado às células bipolares, seguidas pelas células ganglionares. Aqui, um potencial de ação é gerado e propagado através do nervo óptico para a área do cérebro onde ocorre a percepção da visão. Quando o olho está adaptado ao escuro, as células dessa via são potencialmente mais sensíveis a outros tipos de estímulos, como o IR. Os investigadores acreditam que os canais catiônicos chamados canais TRP nas células ganglionares são ativados por IR neste estado adaptado ao escuro, criando a resposta visual ao IR. O calor é um ativador conhecido de certos subtipos desses canais em outras partes do corpo. Os canais TRP também são responsáveis ​​pela visão infravermelha em jararacas e morcegos vampiros.

Palczewska et ai. relataram que a percepção visual para IR ocorreu através de um processo de isomerização direta de dois fótons de pigmentos visuais. No entanto, outras evidências sugerem que a percepção de infravermelho pode ocorrer por meio da absorção de um único fóton de infravermelho. Estudos que usam IR para testar a funcionalidade de prótese visual implantada observaram uma resposta maior à IR no olho não implantado quando comparado ao olho implantado em ambos os testes VEP e ERG. No ERG, uma resposta especializada específica para IR foi encontrada chamada de resposta escotópica do limiar (STR). Essa resposta ocorre em condições de adaptação ao escuro e se correlaciona com uma resposta na camada de células ganglionares. A ativação IR direta dos canais TRP nas células ganglionares pode iniciar uma resposta visual. Com base nessas descobertas, os investigadores levantam a hipótese de que a resposta humana ao IR sob adaptação ao escuro ocorre no nível das células ganglionares por meio de canais TRP ativados pelo calor.

PROJETO DE PESQUISA AIM1: Determinar o comprimento de onda IR ideal para a percepção visual humana enquanto adaptado ao escuro.

Introdução para o Objetivo 1: O objetivo deste objetivo é determinar o comprimento de onda ideal de IR ao qual o olho humano é sensível. Para atingir esse objetivo, os pesquisadores testarão a hipótese de trabalho de que o olho humano saudável e aqueles com daltonismo detectarão uma faixa de comprimentos de onda infravermelhos, com preferência por um comprimento de onda específico. Os investigadores testarão a hipótese de trabalho usando uma fonte de luz de amplo espectro com filtros passa-banda específicos de comprimento de onda na faixa de infravermelho. A justificativa dos investigadores para esse objetivo é que entender o comprimento de onda infravermelho ideal do olho humano ajudará em futuras investigações ao testar a resposta visual ao infravermelho usando equipamento de diagnóstico. Isso é importante porque pode impactar a maneira como outras modalidades oftalmológicas usam a RI para diagnosticar e tratar patologias visuais.

Projeto de Pesquisa para o Objetivo 1: Um total de 25 participantes saudáveis ​​(15 com visão normal e 10 com daltonismo) com 18 anos ou mais serão recrutados usando o Registro de Voluntários de Pesquisa Clínica do Centro de Ciências Clínicas e Translacionais da Universidade do Novo México (UNM). HRRC-06412. Consentimento informado, dados demográficos do participante, história medial e visual anterior e um exame oftalmológico geral serão obtidos usando o coordenador de pesquisa do CTSC. Cada participante será colocado em um quarto escuro por uma hora para permitir a adaptação ideal do olho escuro. Os investigadores usarão uma fonte de luz de amplo espectro com filtros passa-banda específicos de comprimento de onda de diferentes comprimentos de onda de infravermelho. Um total de 12 filtros serão usados ​​variando de 850 nm a 1400 nm. Curvas de intensidade serão construídas para cada comprimento de onda, diminuindo a potência até que o participante indique uma resposta visual ao estímulo.

Análise de Dados para Objetivo 1: Os dados serão analisados ​​pelos investigadores. Estatísticas descritivas serão usadas para avaliar dados demográficos, informações de saúde geral e visual e comprimentos de onda ideais relatados. A análise dos investigadores irá comparar as diferenças entre as respostas para cada comprimento de onda. Para o conhecimento dos investigadores, não houve estudos avaliando qual comprimento de onda IR é ideal para a percepção visual humana, portanto, os investigadores assumem um tamanho de efeito baixo de 10%, o que produziria uma chance de 82% de pelo menos dois em 30 participantes saudáveis ​​dar uma resposta preferida a um comprimento de onda específico. Os investigadores irão descrever os tamanhos de efeito estimados em resposta aos resultados.

Resultados esperados para o Objetivo 1: Os investigadores esperam que o olho humano perceba uma variedade de comprimentos de onda de infravermelho, mas tenha um comprimento de onda específico ideal em termos de brilho.

Problemas Potenciais e Estratégias Alternativas para o Objetivo 1: Para evitar viés de amostragem, os investigadores planejam obter uma amostra representativa do Novo México; no entanto, os participantes podem ser mais jovens e mais educados do que a população em geral. Pode ocorrer um viés confuso de poluição luminosa, o que impediria a adaptação ao escuro e diminuiria a sensibilidade de infravermelho. Um fotômetro avaliará a sala para fótons de fundo.

OBJETIVO 2: Testar a resposta eletrofisiológica ao IR em humanos saudáveis ​​após adaptação ao escuro.

Introdução para o Objetivo 2: O objetivo deste objetivo é determinar o local da transdução IR na via visual. Para atingir esse objetivo, os pesquisadores testarão a hipótese de trabalho de que a IR provoca uma mudança de amplitude em seres humanos nos testes ERG e VEP após a adaptação ao escuro. Os investigadores testarão a hipótese de trabalho com um ensaio clínico no qual a resposta visual eletrofisiológica à linha de base da luz visível é comparada ao IR. A justificativa dos investigadores para esse objetivo é que a pesquisa proposta contribuirá para uma compreensão importante de um mecanismo alternativo de visão. É importante investigar esse caminho para entender melhor a saúde visual geral e demonstrar como o infravermelho provoca diretamente uma resposta visual. Tal descoberta seria importante porque expandiria o espectro de luz visualmente responsivo para incluir IR.

Projeto de pesquisa para o Objetivo 2: Um total de 6 participantes saudáveis ​​com 18 anos ou mais será recrutado usando os mesmos critérios do Objetivo 1. Os investigadores coletarão a mesma documentação e informações de saúde do Objetivo 1. Os participantes serão testados na UNM Eye Clinic usando VEP e ERG tanto na linha de base quanto em condições de IR adaptadas ao escuro. Ambos os testes são não invasivos e considerados seguros. As diretrizes da Sociedade Internacional de Eletrofisiologia Clínica da Visão (ISCEV) para VEPs clínicos e ERGs de campo completo serão seguidas. Esses protocolos serão estendidos para testar o estímulo IR após a adaptação ao escuro. O tempo total para os participantes será de 5 horas e cada um participará apenas uma vez.

Análise de Dados para Objetivo 2: Os dados serão analisados ​​pelos investigadores. Estatísticas descritivas descreverão dados demográficos e informações de saúde geral e visual. De acordo com o protocolo ISCEV, ao fazer experimentos fora dos intervalos normais de laboratório, os investigadores não assumirão uma distribuição normal. Os relatórios especificarão parâmetros de estímulo e gravação. A análise primária dos investigadores testará a probabilidade subjacente de uma resposta ao estímulo usando distribuições binomiais (HO = 0, HI > 0). Usando testes exatos, a análise secundária dos investigadores irá comparar as diferenças entre os intervalos de tempo de adaptação ao escuro de 0, 15, 30, 45, 60 minutos para cada tipo de estímulo, e a análise terciária irá comparar as diferenças entre a linha de base e o estímulo IR em cada intervalo de tempo. Os dados do piloto dos investigadores e os modelos animais demonstraram uma resposta visual consistente ao IR. No entanto, para o conhecimento dos investigadores, não houve estudos eletrofisiológicos para um estímulo IR em humanos. Assim, os investigadores assumirão um tamanho de efeito baixo. No entanto, devido ao custo do teste de diagnóstico, estamos limitados a 5 participantes. Os investigadores irão descrever os tamanhos de efeito estimados em resposta à descoberta.

Resultados esperados para o Objetivo 2: Os investigadores esperam uma resposta IR em ERG e VEP em humanos adaptados ao escuro.

Problemas Potenciais e Estratégias Alternativas para o Objetivo 2: O Objetivo 2 compartilha os mesmos problemas potenciais do Objetivo 1, e os investigadores irão abordá-los de maneira idêntica. Além disso, pode ocorrer viés de calibração com ERG e VEP. Os investigadores seguirão os protocolos ISCEV para ambos os testes. Os testes de IR podem exigir a média de repetições de estímulos adicionais para melhorar a relação sinal-ruído dos sinais ERG e VEP. Para evitar viés na interpretação dos resultados, os investigadores usarão comparações de intra e interconfiabilidade.

OBJETIVO 3: Testar a resposta eletrofisiológica ao IR em humanos com doenças ou lesões da retina após adaptação ao escuro.

Introdução para o Objetivo 3: O objetivo deste objetivo é determinar qual camada de células da retina está respondendo ao IR e a natureza do envolvimento do canal TRP. Para atingir esse objetivo, os pesquisadores testarão a hipótese de trabalho de que o IR não provocará uma mudança de amplitude em certas doenças da retina. Os investigadores testarão a hipótese de trabalho com um ensaio clínico, testando a resposta visual ao IR em certas doenças da retina usando ERG e VEP. A justificativa dos investigadores para esse objetivo é que a pesquisa proposta examinará se certas doenças da retina são visualmente sensíveis ao IR. Isso é importante para investigar porque pode permitir uma abordagem diferente para a pesquisa visual em certas doenças da retina. Tal descoberta seria importante porque poderia fornecer a base para uma nova forma de prótese visual.

Projeto de Pesquisa para o Objetivo 3: Um total de vinte e cinco participantes, ou cinco por doença retiniana, serão recrutados usando o Registro de Voluntários de Pesquisa Clínica CTSC HRRC-06412. Doenças da retina incluem retinite pigmentosa, degeneração macular relacionada à idade, cegueira noturna estacionária congênita, catarata. Cinco participantes com daltonismo também serão incluídos. O mesmo protocolo será seguido como no objetivo 2 para coleta de dados demográficos e testes ERG e VEP sob condições iniciais e adaptadas ao escuro.

Análise de dados para o Objetivo 3: Além de usar o mesmo tipo de análise de dados do Objetivo 2, os resultados também serão comparados entre doenças da retina e com participantes saudáveis.

Resultados esperados para o objetivo 3: Os investigadores esperam que um IR não elicie uma resposta no ERG e VEP em certas doenças da retina após a adaptação ao escuro.

Problemas Potenciais e Estratégias Alternativas para o Objetivo 3: Igual ao Objetivo 2.