На диаметр зрачка (ПД) может влиять большое количество факторов, и измерение БП, которое изменяется с течением времени, известно как пупиллометрия. БП контролируется мышцей сфинктера радужной оболочки (участвует в сужении) и мышцей-расширителем радужной оболочки (участвует в расширении). Мышца сужения иннервируется парасимпатической системой и включает холинергические проекции, тогда как расширитель радужной оболочки иннервируется симпатической системой, включающей норадренергические и холинергические проекции ^1,2,3. Наиболее известным стимулом, вызывающим изменения БП, является реакция на сужение яркости и расширение зрачка, которая может быть вызвана изменениями интенсивности окружающего света². PD также изменяется в зависимости от фокусного расстояния². Однако на протяжении десятилетий было известно, что PD также показывает колебания, не связанные с яркостью 4,5,6,7. Например, изменения во внутренних психических состояниях могут вызвать преходящие изменения БП. Зрачок расширяется в ответ на эмоционально заряженные раздражители или увеличивается при возбуждении 4,5,8,9. Расширение зрачков также может быть связано с другими когнитивными механизмами, такими как повышенные умственные усилия или внимание^10,11,12,13. Из-за этой взаимосвязи между изменениями размера зрачков и психическими состояниями изменения БП были изучены как маркер клинических расстройств, таких как шизофрения 14,15, тревога 16,17,18, болезнь Паркинсона ^19,20 и болезнь Альцгеймера ²¹ , среди прочих. У животных изменения БП отслеживают внутренние поведенческие состояния и коррелируют с уровнями активности нейронов в областях коры^22,23,24,25. Также было показано, что диаметр зрачка является надежным индикатором состояния сна у мышей²⁶. Эти изменения БП, связанные с возбуждением и внутренним состоянием, обычно происходят на длительных временных масштабах порядка нескольких десятков секунд.

В области исследования слуха, как у людей с нормальным слухом, так и у слабослышащих субъектов, с помощью пупиллометрии оценивались слуховые усилия и слуховое восприятие. В этих исследованиях обычно участвуют обученные субъекты^27,28,29,30, которые выполняют различные виды задач обнаружения или распознавания. Было показано, что из-за вышеупомянутой взаимосвязи между возбуждением и БП повышенная вовлеченность в задачи и усилия по слушанию коррелируют с увеличением реакции расширения зрачков 30,31,32,33,34,35. Таким образом, пупиллометрия была использована, чтобы продемонстрировать, что повышенные усилия по прослушиванию расходуются на распознавание спектрально деградированной речи у слушателей с нормальным слухом^29,36. У слабослышащих слушателей, таких как люди с возрастной потерей слуха 27,30,37,38,39,40,41 и пользователи кохлеарных имплантов ^42,43, реакция зрачков также увеличивалась с уменьшением разборчивости речи; Тем не менее, слушатели с нарушениями слуха показали большее расширение зрачков в более легких условиях прослушивания по сравнению с субъектами с нормальным слухом 27,30,37,38,39,40,41,42,43. Но эксперименты, требующие от слушателя выполнения задания на распознавание, не всегда возможны — например, у младенцев или на некоторых животных моделях. Таким образом, не связанные с яркостью реакции зрачка, вызванные акустическими стимулами, могут быть жизнеспособным альтернативным методом оценки слухового обнаружения в этих случаях^44,45. Более ранние исследования продемонстрировали преходящее и связанное со стимулом расширение зрачка как часть ориентирующего рефлекса⁴⁶. Более поздние исследования продемонстрировали использование расширения зрачков, связанных со стимулом, для получения кривых частотной чувствительности у сов^47,48. В последнее время эти методы были адаптированы для оценки чувствительности реакции расширения зрачка у младенцев⁴⁸. Было показано, что пупиллометрия является надежным и неинвазивным подходом к оценке порогов слухового обнаружения и различения у пассивно слушающих морских свинок (ГП) с использованием широкого спектра простых (тоны) и сложных (вокализации ГП) стимулов⁴⁹. Эти изменения PD, связанные со стимулом, обычно происходят в более быстрых временных масштабах порядка нескольких секунд и связаны со временем стимула. Здесь пупиллометрия изменений БП, связанных со стимулами, предложена в качестве метода изучения поведенческих эффектов различных видов нарушений слуха на животных моделях. В частности, описаны протоколы пупиллометрии для использования у врачей общей практики, хорошо зарекомендовавшая себя животная модель различных типов слуховых патологий 50,51,52,53,54,55,56 (также см. ссылку ⁵⁷ для исчерпывающего обзора).

Хотя этот метод демонстрируется у врачей общей практики с нормальным слухом, эти методы могут быть легко адаптированы к другим моделям животных и животным моделям с различными слуховыми патологиями. Важно отметить, что пупиллометрия может сочетаться с другими неинвазивными измерениями, такими как ЭЭГ, а также с инвазивными электрофизиологическими записями, чтобы изучить механизмы, лежащие в основе возможного обнаружения звука и дефицита восприятия. Наконец, этот подход также может быть использован для установления широкого сходства между человеческими и животными моделями.