人类暗适应后红外线诱发的视觉活动

背景：视力障碍影响全球 2.85 亿人。 预计美国的视力障碍患病率将从 2000 年的 330 万增加到 2020 年的 550 万。 这将加剧目前视力丧失的经济负担，每年的直接和间接成本已经达到 382 亿美元。 高收入国家失明的主要原因是年龄相关性黄斑变性 (AMD)，这种疾病会导致感光细胞层逐渐丧失。 在美国，估计有 175 万人患有 AMD，另有 730 万人处于危险之中。 重要的是，尽管 AMD 中感光细胞丢失，但视网膜中的其他细胞层基本保持完好。

视网膜排列在眼睛后部，由结构层组成。 外核层包含称为视杆和视锥的感光器。 内核层包括双极细胞、水平细胞和无长突细胞。 在最前面，神经节细胞层具有作为视神经离开眼睛的轴突。 当光子进入眼睛，穿过所有视网膜层，并被感光细胞吸收时，视觉图像开始形成。 这些细胞将光子转换成电化学信号，然后传送到双极细胞，然后传送到神经节细胞。 在这里，产生动作电位并通过视神经传播到发生视觉感知的大脑区域。 当眼睛适应黑暗时，该通路中的细胞可能对其他类型的刺激（例如 IR）更敏感。 研究人员认为，神经节细胞中称为 TRP 通道的阳离子通道在这种暗适应状态下被红外线激活，从而产生对红外线的视觉反应。 热是某些亚型的已知激活剂，这些通道在身体的其他部位。 TRP 通道还负责毒蛇和吸血蝙蝠的红外视觉。

Palczewska 等。据报道，对红外线的视觉感知是通过视觉色素的直接双光子异构化过程发生的。 然而，其他证据表明红外感知可以通过单个红外光子吸收发生。 使用 IR 测试植入式视觉假体功能的研究表明，与 VEP 测试和 ERG 上的植入眼相比，非植入眼对 IR 的反应更大。 在 ERG 上，发现了一种特定于 IR 的专门反应，称为暗阈值反应 (STR)。 这种反应发生在暗适应条件下，并与神经节细胞层的反应相关。 神经节细胞上 TRP 通道的直接红外激活可以启动视觉反应。 基于这些发现，研究人员假设人类在暗适应下对 IR 的反应通过热激活的 TRP 通道发生在神经节细胞水平。

研究设计目的 1：确定暗适应时人类视觉感知的最佳红外波长。

目标 1 简介：该目标的目的是确定人眼最敏感的 IR 波长。 为实现这一目标，研究人员将检验工作假设，即健康人眼和色盲患者将检测一系列红外波长，并偏好特定波长。 研究人员将使用具有红外范围内波长特定带通滤波器的广谱光源来检验工作假设。 研究人员实现这一目标的理由是，在使用诊断设备测试对红外线的视觉反应时，了解人眼的最佳红外线波长将有助于未来的调查。 这很重要，因为它可能会影响其他眼科方式使用 IR 来诊断和治疗视觉病理的方式。

目标 1 的研究设计：将使用新墨西哥大学 (UNM) 临床和转化科学中心 (CTSC) 临床研究志愿者登记处招募 25 名年龄在 18 岁及以上的健康参与者（15 名视力正常，10 名色盲） HRRC-06412。 将使用 CTSC 研究协调员获得知情同意书、参与者人口统计资料、过去的医疗和视觉历史以及一般眼科检查。 每个参与者将被放置在一个黑暗的房间里一个小时，以使眼睛达到最佳的黑暗适应。 研究人员将使用具有不同红外波长的特定波长带通滤波器的广谱光源。 总共将使用 12 个滤光片，范围从 850 nm 到 1400 nm。 将为每个波长建立强度曲线，方法是放慢功率，直到参与者表示对刺激有视觉反应。

目标 1 的数据分析：研究人员将分析数据。 描述性统计将用于评估人口统计、一般和视觉健康信息，并报告最佳波长。 研究人员的分析将比较每个波长响应之间的差异。 据研究人员所知，没有研究评估哪种红外波长最适合人类视觉感知，因此研究人员假设 10% 的低效应量，这将产生 82% 的机会，即 30 名健康参与者中至少有两人给予对特定波长的首选响应。 调查人员将根据调查结果描述估计的影响大小。

目标 1 的预期结果：研究人员希望人眼能够感知一系列 IR 波长，但在亮度方面具有最佳特定波长。

目标 1 的潜在问题和替代策略：为了防止抽样偏差，调查人员计划从新墨西哥州获取代表性样本；然而，参与者可能比一般人群更年轻、受教育程度更高。 可能会出现光污染的混杂偏差，这将阻止暗适应并降低红外灵敏度。 光度计将评估背景光子的空间。

目标 2：测试暗适应后健康人对 IR 的电生理反应。

目标 2 简介：该目标的目的是确定视觉通路中 IR 转导的位点。 为了实现这一目标，研究人员将检验工作假设，即 IR 在暗适应后在 ERG 和 VEP 测试中引起人类受试者的振幅变化。 研究人员将通过一项临床试验来检验工作假设，在该试验中，将对可见光基线的电生理视觉反应与 IR 进行比较。 研究人员实现这一目标的理由是，拟议的研究将有助于对另一种视觉机制的重要理解。 重要的是研究该途径以进一步了解一般视觉健康并证明 IR 如何直接引发视觉反应。 这样的发现很重要，因为它将扩大视觉响应光谱以包括红外线。

目标 2 的研究设计：将使用与目标 1 相同的标准招募 6 名 18 岁及以上的健康参与者。 调查人员将收集与目标 1 中相同的文件和健康信息。参与者将在 UNM 眼科诊所使用 VEP 和 ERG 在基线和暗适应 IR 条件下进行测试。 这两项测试都是非侵入性的，被认为是安全的。 将遵循国际临床视觉电生理学会 (ISCEV) 的临床 VEP 和全场 ERG 指南。 这些协议将扩展到暗适应后测试 IR 刺激。 参加者的总时间为 5 小时，每人只参加一次。

目标 2 的数据分析：研究人员将分析数据。 描述性统计将描述人口统计数据以及一般和视觉健康信息。 根据 ISCEV 协议，在正常实验室范围之外进行实验时，研究人员不会假设正态分布。 报告将指定刺激和记录参数。 研究人员主要分析将使用二项式分布（HO = 0，HI > 0）测试对刺激做出反应的潜在概率。 使用精确测试，研究人员的二级分析将比较每种刺激类型在 0、15、30、45、60 分钟的暗适应时间间隔之间的差异，而三级分析将比较每个时间间隔的基线和 IR 刺激之间的差异。 研究人员的试点数据和动物模型已经证明对红外线有一致的视觉反应。 然而，据研究人员所知，还没有针对人体红外刺激的电生理学研究。 因此，研究人员将假设一个低效应量。 但是，由于诊断测试的费用，我们仅限于 5 名参与者。 调查人员将根据调查结果描述估计的影响大小。

目标 2 的预期结果：研究人员预计在适应黑暗的人类中，ERG 和 VEP 会出现 IR 反应。

目标 2 的潜在问题和替代策略：目标 2 与目标 1 具有相同的潜在问题，调查人员将以相同的方式解决这些问题。 此外，ERG 和 VEP 可能会出现校准偏差。 研究人员将遵循 ISCEV 协议进行这两项测试。 IR 试验可能需要对额外的刺激重复进行平均，以提高 ERG 和 VEP 信号的信噪比。 为了避免结果解释中的偏差，研究人员将使用内部和相互可靠性比较。

目标 3：测试暗适应后患有视网膜疾病或损伤的人类对 IR 的电生理反应。

目标 3 简介：该目标的目的是确定哪个视网膜细胞层对 IR 有反应以及 TRP 通道参与的性质。 为了实现这一目标，研究人员将检验 IR 不会引起某些视网膜疾病振幅变化的工作假设。 研究人员将通过使用 ERG 和 VEP 测试某些视网膜疾病对 IR 的视觉反应，通过临床试验来检验工作假设。 研究人员实现这一目标的理由是，拟议的研究将检查某些视网膜疾病是否对 IR 在视觉上敏感。 这对调查很重要，因为它可以允许对某些视网膜疾病进行视觉研究的不同方法。 这样的发现很重要，因为它可以为新型视觉假体提供基础。

目标 3 的研究设计：将使用 CTSC 临床研究志愿者登记 HRRC-06412 招募总共 25 名参与者，或每种视网膜疾病 5 名参与者。 视网膜疾病包括视网膜色素变性、年龄相关性黄斑变性、先天性静止性夜盲症、白内障。 五名色盲参与者也将包括在内。 将遵循与目标 2 相同的协议，以在基线和暗适应条件下进行人口统计收集以及 ERG 和 VEP 测试。

目标 3 的数据分析：除了使用与目标 2 相同类型的数据分析外，还将比较视网膜疾病和健康参与者的结果。

目标 3 的预期结果：研究人员预计在暗适应后，IR 不会在某些视网膜疾病中引起对 ERG 和 VEP 的反应。

目标 3 的潜在问题和替代策略：与目标 2 相同。