评估豚鼠听觉的瞳孔测量法

瞳孔直径（PD）可能受到多种因素的影响，随时间变化的PD测量称为瞳孔测量法。PD由虹膜括约肌（参与收缩）和虹膜扩张肌（参与扩张）控制。收缩肌由副交感神经系统支配并涉及胆碱能投射，而虹膜扩张肌由涉及去甲肾上腺素能和胆碱能投射的交感神经系统支配1，^2，3。诱导PD变化的最着名的刺激是亮度收缩，瞳孔的扩张反应可以通过环境光强度的变化产生²。PD也随焦距²而变化。然而，几十年来，人们已经知道PD也显示出与亮度无关的波动⁴，⁵，^6，7。例如，内部精神状态的变化可以引起短暂的PD变化。瞳孔因情绪刺激而扩张，或随着唤醒而增加⁴，⁵，^8，9。瞳孔扩张也可能与其他认知机制有关，例如增加脑力劳动或注意力¹⁰，¹¹，^12，13。由于瞳孔大小变化与精神状态之间的这种关系，PD变化已被探索为临床疾病的标志，例如精神分裂症14，15，焦虑^症16，17，18，帕金森病^19，20和阿尔茨海默病²¹等。在动物中，PD变化跟踪内部行为状态，并与皮质区域的神经元活动水平相关²²，²³，^24，25。瞳孔直径也被证明是小鼠睡眠状态的可靠指标²⁶。这些与唤醒和内部状态相关的PD变化通常发生在几十秒量级的长时间尺度上。

在听力研究领域，在正常听力和听力受损的受试者中，已经使用瞳孔测量法评估了听力努力和听觉感知。这些研究通常涉及训练有素的研究对象²⁷，^28，29，30，他们执行各种检测或识别任务。由于上述唤醒和PD之间的关系，增加的任务参与度和倾听努力已被证明与瞳孔扩张反应增加相关³⁰，^31，32，^33，34，35。因此，瞳孔测量法已被用于证明增加的听力努力用于识别正常听力听众的频谱退化语音^29，36。在听力受损的听众中，例如与年龄相关的听力损失²⁷，30^，37，38，³⁹，^40，41和人工耳蜗使用者^{42，43，瞳}孔反应也随着语音清晰度的降低而增加;然而，与正常听力受试者相比，听力受损的听众在更容易的听力条件下表现出更大的瞳孔扩张27，30^，37，³⁸，³⁹，⁴⁰，⁴¹，^42，43。但是，要求听众执行识别任务的实验并不总是可能的 – 例如，在婴儿或某些动物模型中。因此，在这些情况下，由声学刺激引起的非亮度相关瞳孔反应可能是评估听觉检测的可行替代方法^44，45。早期的研究表明，短暂和刺激相关的瞳孔扩张是定向反射的一部分⁴⁶。后来的研究表明，使用刺激相关的瞳孔扩张来推导出猫头鹰的频率敏感性曲线^47，48。最近，这些方法已被应用于评估人类婴儿瞳孔扩张反应的敏感性⁴⁸。瞳孔测量已被证明是一种可靠且非侵入性的方法，通过使用各种简单（音调）和复杂（GP发声）刺激来估计被动聆听豚鼠（GP）的听觉检测和辨别阈值⁴⁹。这些与刺激相关的PD变化通常发生在几秒钟的较快时间尺度上，并与刺激时间有关。本文提出了刺激相关PD变化的瞳孔测量法，作为研究动物模型中各种听力障碍行为影响的方法。特别是，描述了用于GPs的瞳孔测量方案，一种各种类型的听觉病理学^50，51，^52，53，54，^55，56的成熟动物模型（另见参考文献⁵⁷以获得详尽的综述）。

虽然这种技术在正常听力全科医生中得到了证明，但这些方法可以很容易地适应其他动物模型和各种听觉病理的动物模型。重要的是，瞳孔测量法可以与其他非侵入性测量（如脑电图）以及侵入性电生理记录相结合，以研究可能的声音检测和感知缺陷的机制。最后，这种方法也可用于建立人类和动物模型之间的广泛相似性。