Pupillometrie zur Beurteilung des Hörempfindens bei Meerschweinchen

Der Pupillendurchmesser (PD) kann von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden, und die Messung der PD, die sich im Laufe der Zeit ändert, wird als Pupillometrie bezeichnet. Die Parkinson-Krankheit wird durch den Irisschließmuskel (an der Verengung beteiligt) und den Irisdilatatormuskel (an der Dilatation beteiligt) gesteuert. Der Konstriktionsmuskel wird vom Parasympathikus innerviert und beinhaltet cholinerge Projektionen, während der Irisdilatator vom sympathischen System mit noradrenergen und cholinergen Projektionen ^1,2,3 innerviert wird. Der bekannteste Stimulus zur Induktion von Parkinson-Veränderungen ist die Luminanz-Verengung, und die Dilatationsreaktionen der Pupille können durch Variationen der Umgebungslichtintensität^{hervorgerufen werden 2}. PD ändert sich auch in Abhängigkeit von Brennweite². Es ist jedoch seit Jahrzehnten bekannt, dass PD auch nicht-luminanzbedingte Schwankungen aufweist 4,5,6,7. Zum Beispiel können Veränderungen in inneren mentalen Zuständen vorübergehende Parkinson-Veränderungen hervorrufen. Die Pupille erweitert sich als Reaktion auf emotional aufgeladene Reize oder nimmt mit Erregung zu 4,5,8,9. Die Pupillenerweiterung könnte auch mit anderen kognitiven Mechanismen zusammenhängen, wie z. B. erhöhter geistiger Anstrengung oder Aufmerksamkeit^10,11,12,13. Aufgrund dieses Zusammenhangs zwischen Pupillengrößenschwankungen und psychischen Zuständen wurden Parkinson-Veränderungen als Marker für klinische Störungen wie Schizophrenie 14,15, Angstzustände 16,17,18, Parkinson ^19,20 und Alzheimer ²¹ untersucht unter anderem. Bei Tieren verfolgen Parkinson-Veränderungen interne Verhaltenszustände und korrelieren mit neuronalen Aktivitätsniveaus in kortikalen Bereichen^22,23,24,25. Es hat sich auch gezeigt, dass der Pupillendurchmesser ein zuverlässiger Indikator für den Schlafzustand bei Mäusen ist²⁶. Diese PD-Veränderungen im Zusammenhang mit Erregung und dem inneren Zustand treten typischerweise auf langen Zeitskalen in der Größenordnung von mehreren zehn Sekunden auf.

Im Bereich der Hörforschung wurden sowohl bei normalhörenden als auch bei hörgeschädigten Probanden die Höranstrengung und die Hörwahrnehmung mittels Pupillometrie erfasst. An diesen Studien sind in der Regel geschulte Probanden^27,28,29,30 beteiligt^, die verschiedene Arten von Erkennungs- oder Erkennungsaufgaben ausführen. Aufgrund des oben erwähnten Zusammenhangs zwischen Erregung und Parkinson wurde gezeigt, dass ein erhöhtes Aufgabenengagement und eine erhöhte Höranstrengung mit erhöhten Pupillenerweiterungsreaktionen korrelieren 30,31,32,33,34,35. Daher wurde die Pupillometrie verwendet, um zu zeigen, dass eine erhöhte Höranstrengung aufgewendet wird, um spektral verschlechterte Sprache bei normal hörenden Zuhörern zu erkennen^29,36. Bei hörgeschädigten Zuhörern, wie z. B. Menschen mit altersbedingtem Hörverlust 27,30,37,38,39,40,41 und Cochlea-Implantat-Trägern ^42,43, nahmen die Pupillenreaktionen mit abnehmender Sprachverständlichkeit ebenfalls zu; Hörgeschädigte Zuhörer zeigten jedoch eine größere Pupillenerweiterung bei leichteren Hörbedingungen im Vergleich zu normal hörenden Probanden 27,30,37,38,39,40,41,42,43. Experimente, bei denen der Zuhörer eine Erkennungsaufgabe ausführen muss, sind jedoch nicht immer möglich – zum Beispiel bei Säuglingen oder in einigen Tiermodellen. Daher könnten nicht-luminanzbezogene Pupillenreaktionen, die durch akustische Reize hervorgerufen werden, eine praktikable alternative Methode zur Beurteilung der auditiven Detektion in diesen Fällen sein^44,45. Frühere Studien zeigten eine transiente und reizgebundene Pupillenerweiterung als Teil des Orientierungsreflexes⁴⁶. Spätere Studien haben die Verwendung von stimulusgebundenen Pupillenerweiterungen zur Ableitung von Frequenzempfindlichkeitskurven bei Eulen gezeigt^47,48. In jüngster Zeit wurden diese Methoden angepasst, um die Sensitivität der Pupillenerweiterungsreaktion bei menschlichen Säuglingen zu beurteilen⁴⁸. Die Pupillometrie hat sich als zuverlässiger und nicht-invasiver Ansatz zur Abschätzung der auditiven Erkennungs- und Unterscheidungsschwellen bei passiv hörenden Meerschweinchen (GPs) unter Verwendung einer breiten Palette einfacher (Töne) und komplexer (GP-Vokalisationen) Reize erwiesen⁴⁹. Diese stimulusbedingten PD-Änderungen treten typischerweise auf schnelleren Zeitskalen in der Größenordnung von mehreren Sekunden auf und sind mit dem Stimulus-Timing verbunden. Hier wird die Pupillometrie von stimulusbedingten Parkinson-Veränderungen als Methode vorgeschlagen, um die Verhaltensauswirkungen verschiedener Arten von Hörstörungen in Tiermodellen zu untersuchen. Insbesondere werden Pupillometrieprotokolle für den Einsatz bei Hausärzten, ein gut etabliertes Tiermodell für verschiedene Arten von Hörpathologien 50,51,52,53,54,55,56 (siehe auch Referenz ⁵⁷ für eine umfassende Übersicht) beschrieben.

Obwohl diese Technik bei normalhörenden Hausärzten demonstriert wird, können diese Methoden leicht an andere Tiermodelle und Tiermodelle verschiedener Hörpathologien angepasst werden. Wichtig ist, dass die Pupillometrie mit anderen nicht-invasiven Messungen wie EEG sowie mit invasiven elektrophysiologischen Aufzeichnungen kombiniert werden kann, um die Mechanismen zu untersuchen, die möglichen Schalldetektions- und Wahrnehmungsdefiziten zugrunde liegen. Schließlich kann dieser Ansatz auch verwendet werden, um große Ähnlichkeiten zwischen Mensch- und Tiermodellen herzustellen.