기니피그의 청각 감각을 평가하기 위한 동공 측정

동공 직경(PD)은 다양한 요인의 영향을 받을 수 있으며 시간이 지남에 따라 변하는 PD 측정을 동공 측정법이라고 합니다. PD는 홍채 괄약근 근육(수축에 관여)과 홍채 확장근(확장에 관여)에 의해 제어됩니다. 수축 근육은 부교감 신경계에 의해 신경지배되고 콜린성 돌기를 포함하는 반면, 홍채 확장기는 노르아드레날린성 및 콜린성 돌기를 포함하는 교감신경계에 의해 신경지배된다 ^1,2,3. PD 변화를 유도하는 가장 잘 알려진 자극은 휘도-수축 및 동공의 팽창 반응은 주변광 강도의 변화에 의해 생성될 수 있다². PD는 초점 거리²의 함수로도 변합니다. 그러나, PD는 또한 비휘도 관련 변동(^4,5,6,7)을 나타낸다는 것이 수십 년 동안 알려져 왔다. 예를 들어, 내부 정신 상태의 변화는 일시적인 PD 변화를 이끌어 낼 수 있습니다. 동공은 감정적으로 충전된 자극에 반응하여 확장되거나 각성 4,5,8,9에 따라 증가합니다. 동공 확장은 또한 정신적 노력 또는 주의력 증가와 같은 다른 인지 메커니즘과 관련될 수 있습니다^10,11,12,13. 동공 크기 변화와 정신 상태 사이의 이러한 관계 때문에 PD 변화는 정신분열증 14,15, 불안 ^16,17,18, 파킨슨병 ^19,20 및 알츠하이머병 ²¹과 같은 임상 장애의 지표로 탐구되었습니다 , 무엇보다도. 동물에서 PD 변화는 내부 행동 상태를 추적하고 피질 영역^22,23,24,25의 신경 활동 수준과 상관 관계가 있습니다. 동공 직경은 또한 생쥐의 수면 상태에 대한 신뢰할 수 있는 지표인 것으로 나타났습니다²⁶. 각성 및 내부 상태와 관련된 이러한 PD 변화는 전형적으로 수십 초 정도의 긴 시간 척도에서 일어난다.

청력 연구 영역에서는 정상 청력과 청각 장애인의 경우 동공 측정을 사용하여 청취 노력과 청각 지각을 평가했습니다. 이러한 연구는 전형적으로 다양한 종류의 탐지 또는 인식 작업을 수행하는 훈련된 연구 대상(^27,28,29,30)을 포함한다. 앞서 언급한 각성과 PD 사이의 관계로 인해 증가된 과제 참여 및 듣기 노력은 증가된 동공 확장 반응과 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다^{30,31,32,33,34,35}. 따라서, 동공 측정법은 정상 청력 청취자^29,36에서 스펙트럼 저하 된 음성을 인식하기 위해 증가 된 청취 노력이 소비된다는 것을 입증하는 데 사용되었습니다. 연령 관련 청력 손실이 있는 사람 27,30,37,38,39,40,41 및 인공와우 사용자 ^42,43와 같은 청각 장애가 있는 청취자에서 언어 명료도가 감소함에 따라 동공 반응도 증가했습니다. 그러나 청각 장애가 있는 청취자는 정상 청각 피험자에 비해 더 쉬운 청취 조건에서 더 큰 동공 확장을 보였습니다(27,30,37,38,39,40,41,42,43). 그러나 청취자가 인식 작업을 수행해야하는 실험은 예를 들어 유아 또는 일부 동물 모델에서 항상 가능한 것은 아닙니다. 따라서, 음향 자극에 의해 유발된 비휘도 관련 동공 반응은 이러한 경우 청각 감지를 평가하는 실행 가능한 대안 방법이 될 수 있습니다^(44,45). 이전 연구에서는 방향 반사⁴⁶의 일부로 일시적이고 자극과 관련된 동공 확장을 입증했습니다. 이후 연구에서는 올빼미^47,48에서 주파수 감도 곡선을 도출하기 위해 자극 관련 동공 확장을 사용하는 것으로 나타났습니다. 최근에, 이들 방법은 인간 유아의 동공 확장 반응의 민감도를 평가하기 위해 채택되었다⁴⁸. 동공 측정법은 광범위한 단순(음색) 및 복합(GP 발성) 자극을 사용하여 수동적으로 듣는 기니피그(GP)의 청각 감지 및 식별 임계값을 추정하는 신뢰할 수 있고 비침습적인 접근 방식인 것으로 나타났습니다⁴⁹. 이러한 자극 관련 PD 변화는 일반적으로 몇 초 정도의 더 빠른 시간 척도에서 발생하며 자극 타이밍과 관련이 있습니다. 여기서는 동물 모델에서 다양한 종류의 청각 장애의 행동 영향을 연구하기 위한 방법으로 자극 관련 PD 변화의 동공 측정법을 제안합니다. 특히, GPs에서 사용하기 위한 동공 측정 프로토콜, 다양한 유형의 청각 병리의 잘 확립된 동물 모델 50,51,52,53,54,55,56 (또한 철저한 검토를 위해 참고 문헌 ⁵⁷ 참조)이 기재되어 있다.

이 기술은 정상 청력 GP에서 입증되지만 이러한 방법은 다른 동물 모델 및 다양한 청각 병리의 동물 모델에 쉽게 적용 할 수 있습니다. 중요한 것은 동공 측정법이 EEG와 같은 다른 비침습적 측정뿐만 아니라 가능한 소리 감지 및 지각 결함의 기본 메커니즘을 연구하기 위해 침습적 전기생리학적 기록과 결합될 수 있다는 것입니다. 마지막으로, 이 접근 방식은 인간과 동물 모델 간의 광범위한 유사성을 확립하는 데에도 사용할 수 있습니다.