Pupildiameter (PD) kan worden beïnvloed door een groot aantal factoren en de meting van PD die in de loop van de tijd verandert, staat bekend als pupillometrie. PD wordt gecontroleerd door de irissfincterspier (betrokken bij vernauwing) en de irisverwijderspier (betrokken bij verwijding). De vernauwingsspier wordt geïnnerveerd door het parasympathische systeem en omvat cholinerge projecties, terwijl de irisdilatator wordt geïnnerveerd door het sympathische systeem met noradrenerge en cholinerge projecties ^1,2,3. De bekendste stimulus om PD-veranderingen te induceren is luminantie-vernauwing en verwijdingsreacties van de pupil kunnen worden geproduceerd door variaties in omgevingslichtintensiteit². PD verandert ook als functie van brandpuntsafstand². Het is echter al tientallen jaren bekend dat PD ook niet-luminantie-gerelateerde fluctuaties 4,5,6,7 vertoont. Veranderingen in interne mentale toestanden kunnen bijvoorbeeld voorbijgaande PD-veranderingen veroorzaken. De pupil verwijdt zich als reactie op emotioneel geladen prikkels of neemt toe met opwinding 4,5,8,9. Pupilverwijding kan ook verband houden met andere cognitieve mechanismen, zoals verhoogde mentale inspanning of aandacht^10,11,12,13. Vanwege deze relatie tussen variaties in de grootte van de pupil en mentale toestanden, zijn PD-veranderingen onderzocht als een marker van klinische stoornissen zoals schizofrenie 14,15, angst 16,17,18, de ziekte van Parkinson ^19,20 en de ziekte van Alzheimer ²¹ onder andere. Bij dieren volgen PD-veranderingen interne gedragstoestanden en zijn gecorreleerd met neuronale activiteitsniveaus in corticale gebieden^22,23,24,25. De diameter van de pupil is ook een betrouwbare indicator gebleken voor de slaaptoestand bij muizen²⁶. Deze PD-veranderingen met betrekking tot opwinding en de interne toestand treden meestal op op lange tijdschalen van de orde van enkele tientallen seconden.

In het domein van het gehooronderzoek, zowel bij normaal horenden als bij slechthorenden, zijn luisterinspanning en auditieve waarneming beoordeeld met behulp van pupillometrie. Deze studies omvatten meestal getrainde proefpersonen^27,28,29,30 die verschillende soorten detectie- of herkenningstaken uitvoeren. Vanwege de bovengenoemde relatie tussen opwinding en PD, is aangetoond dat verhoogde taakbetrokkenheid en luisterinspanning gecorreleerd zijn met verhoogde pupilverwijdingsresponsen 30,31,32,33,34,35. Puplillometrie is dus gebruikt om aan te tonen dat verhoogde luisterinspanning wordt besteed aan het herkennen van spectraal gedegradeerde spraak bij normaal horende luisteraars^29,36. Bij slechthorende luisteraars, zoals mensen met leeftijdsgebonden gehoorverlies 27,30,37,38,39,40,41 en gebruikers van cochleaire implantaten ^42,43, namen de reacties van leerlingen ook toe met afnemende spraakverstaanbaarheid; Slechthorende luisteraars vertoonden echter een grotere pupilverwijding in gemakkelijkere luisteromstandigheden in vergelijking met normaal horende proefpersonen 27,30,37,38,39,40,41,42,43. Maar experimenten waarbij de luisteraar een herkenningstaak moet uitvoeren, zijn niet altijd mogelijk – bijvoorbeeld bij baby’s of in sommige diermodellen. Niet-luminantiegerelateerde pupilreacties die worden opgeroepen door akoestische stimuli zouden dus een haalbare alternatieve methode kunnen zijn om auditieve detectie in deze gevallen te beoordelen^44,45. Eerdere studies toonden een voorbijgaande en stimulus-gekoppelde pupilverwijding aan als onderdeel van de oriëntatiereflex⁴⁶. Latere studies hebben het gebruik van stimulus-gekoppelde pupilverwijdingen aangetoond om frequentiegevoeligheidscurves af te leiden bij uilen^47,48. Onlangs zijn deze methoden aangepast om de gevoeligheid van de pupilverwijdingsrespons bij menselijke zuigelingen^{te beoordelen 48}. Pupillometrie is een betrouwbare en niet-invasieve benadering gebleken om auditieve detectie- en discriminatiedrempels bij passief luisterende cavia’s (huisartsen) te schatten door gebruik te maken van een breed scala aan eenvoudige (tonen) en complexe (GP-vocalisaties) stimuli⁴⁹. Deze stimulusgerelateerde PD-veranderingen treden meestal op snellere tijdschalen van de orde van enkele seconden op en zijn gekoppeld aan stimulustiming. Hier wordt pupillometrie van stimulusgerelateerde PD-veranderingen voorgesteld als een methode om gedragseffecten van verschillende soorten gehoorstoornissen in diermodellen te bestuderen. In het bijzonder worden pupillometrieprotocollen voor gebruik bij huisartsen, een goed ingeburgerd diermodel van verschillende soorten auditieve pathologieën 50,51,52,53,54,55,56 (zie ook referentie ⁵⁷ voor een uitputtende beoordeling) beschreven.

Hoewel deze techniek wordt gedemonstreerd bij normaal horende huisartsen, kunnen deze methoden gemakkelijk worden aangepast aan andere diermodellen en diermodellen van verschillende auditieve pathologieën. Belangrijk is dat pupillometrie kan worden gecombineerd met andere niet-invasieve metingen zoals EEG, evenals met invasieve elektrofysiologische opnames om de mechanismen te bestuderen die ten grondslag liggen aan mogelijke geluidsdetectie en perceptietekorten. Ten slotte kan deze benadering ook worden gebruikt om brede overeenkomsten tussen menselijke en dierlijke modellen vast te stellen.