瑞士巴塞尔分子与临床眼科研究所（IOB），德国图宾根大学眼科研究所眼部神经生物学科，德国图宾根大学眼科研究所蔡司视觉实验室的研究团队发表在视觉研究期刊的一份文献。
摘要
以往的研究发现了两种视觉刺激，它们可以在短期视觉刺激后通过增厚脉络膜来缩短人眼轴长，从而可能抑制近视：（1）观看经过数字过滤的电影，其中红色平面具有全空间分辨率，而绿色和蓝色则根据人眼纵向色差（LCA）函数进行低通滤波（“红色聚焦”滤镜），以及（2）阅读具有倒置对比度的文本。本研究旨在确定将这两种刺激结合起来是否会对轴向长度产生累加效果。招募了22名正视眼受试者，让他们在距离2米的大屏幕上阅读文本（标准对比度和倒置对比度）30分钟，要么不经过过滤，要么使用“红色聚焦”滤镜过滤。在每次阅读前后使用低相干干涉测量法（Lenstar LS 900, Haag Streit）测量轴向长度。阅读常规对比极性的文本（暗色字母在亮色背景上）没有导致轴向长度的显著变化。添加“红色聚焦”滤镜也没有改变结果。与以往的研究结果一致，阅读倒置对比度的文本使正视眼的眼轴缩短。然而，令人惊讶的是，当文本与“红色聚焦”滤镜结合使用时，眼睛变得更长而不是更短。这种矛盾结果的可能的解释是，对于文本刺激来说，“红色聚焦”滤镜移除了视网膜使用LCA分析增厚脉络膜所需的蓝色通道中的空间信息。
关键词：
近视；脉络膜厚度；眼轴轴向长度；文本对比极性；纵向色差
1.介绍
近视，通常称为近视或近视，眼球长得太长，导致光线聚焦在视网膜前方。因此，远处的物体看起来很模糊。近视发展的风险与教育程度有关。近视的主要驱动因素是在室内中等照度下长时间近距离工作，观看距离短，户外时间不足。东亚国家近视患病率最高，15岁青少年近视率高达81%。近视的进展涉及视网膜信号通路的改变、眼球沿其轴的伸长和脉络膜的变薄。眼球的伸长越大，患近视性黄斑变性（MMD）、视网膜脱离、青光眼和白内障的风险就越高。因此，近视也引发了人们对生活质量的担忧。鉴于当近视发作延迟时，成年后患高度近视的风险显著降低，应尽早采取近视预防策略。
由于视觉体验是近视的驱动力，因此人们对促进近视的视觉刺激以及可能抑制其发展的人工视觉刺激的发展非常感兴趣。最近发现，观看RGB格式的红色通道聚焦的彩色电影，同时对绿色和蓝色通道进行空间低通滤波以模拟近视纵向色差（以下称为“红色聚焦”滤光片），会使脉络膜变厚，从而使从角膜顶点到视网膜色素上皮的眼轴长度变短。此外，研究发现，阅读对比度相反的文本（深色背景上的明亮字母）也会使脉络膜变厚，眼睛变短。为了更多地了解这两种不同的刺激如何对脉络膜厚度产生影响，我们将它们结合起来，以找出它们的影响是否是累加的。
2.材料和方法
2.1. 学科
只有近正视受试者参加了这项研究，因为之前发现近视受试者对缩短眼睛的刺激反应降低。特别是，人们发现近视受试者对“聚焦红”滤镜反应不佳。其他排除标准包括眼部疾病、散光或屈光参差超过1屈光度（D）、弱视或斜视。非睫状肌麻痹性屈光不正用市售的双眼红外筛查仪（PlusOptix，纽伦堡，德国）测定，并转换为等效球镜。实验前，参与者被要求戒烟2小时。在实验开始时，用弗莱堡视力和对比度测试（FrACT10）对阅读标准对比文本的15名受试者进行了视力测量。
15名正视受试者（平均年龄26±4岁，范围18-32岁，2名男性，平均屈光度：-0.2±0.3D，范围-0.75至+0.5D）在两个不同的日子里用常规或倒置对比阅读文本。其中7人无法参加第二部分的研究，该部分由标准对比阅读文本组成。因此，又招募了8名参与者，组成第二组，每组15人，使用标准对比阅读文本（平均年龄26±5岁，范围20-35岁，6名男性，平均屈光度：-0.2±0.3D，范围-0.75至+0.25D）。
呈现的数据来自通过简单测试确定的优势眼：参与者将手臂伸到面前，通过将双手以45度角放在一起，在拇指和食指之间创造一个三角形开口，并将这个开口放在墙上的一张图片上。如果闭上左眼使物体保持居中，则认为右眼占主导地位，如果物体不再居中，则视为左眼占主导地位。
为了进行比较和确认，在15名正视受试者中重复了之前的实验（平均年龄26±4岁，范围19-35岁，4名男性，平均屈光度：-0.1±0.4D，范围-0.75至+0.5D）。他们看了一部30分钟的电影，用“红色聚焦”滤镜进行了数字过滤。
所有参与者在参与实验前都签署了同意书。该研究获得了瑞士研究伦理委员会（EKNZ，参考号2020-01576）的批准，并遵守了《赫尔辛基宣言》中概述的原则。
2.2. 实验方案
近视的参与者被指示在大电视屏幕（LG OLED65C9，65英寸）上阅读一段30分钟的文本，无论是未经过滤还是用“红色聚焦”滤镜过滤，并观看一部30分钟的电影。在2m的观看距离下，对角屏幕直径为1651mm，对应35.9度的视角。其宽度为1438毫米。像素分辨率仅为1280x720（由于由数字滤波器的输出决定，因此无法增加），屏幕分辨率为0.89像素/毫米。在2000毫米的观看距离下，1毫米表示1.71弧分，1像素对1.92弧分。大写字母高度（Calibri Body字体）为4毫米，在视野中对向0.57度（34.2弧分）。因此，为了分辨34.2/5或6.84弧分，需要约1/7（或20/140）的视力才能在2米的距离读取它们。用Visual C++编程的“红色聚焦”滤波器以约25 Hz的频率对屏幕RGB格式的蓝色通道进行空间低通滤波，大致反映了眼睛聚焦在红色时的人类纵向色差函数。绿色通道仅经过轻微的低通滤波，而红色通道则保持未滤波状态。之前的研究发现，观看带有“红色聚焦”滤镜的电影会使近视眼在短期曝光后变短。“红色聚焦”滤光片在蓝色通道中使用了13像素的模糊圆直径，对向的视角约为25弧分，即0.42度。在这种情况下，滤波后的蓝色通道中的空间频谱被限制在1.2周期/度以下，明显低于S视锥（短波，高频敏感）可以分辨的值（约5周期/度，Humanski&Wilson，1992）。很明显，用0.42度模糊圆过滤0.57度的字母会使字母不可读，如下所示。然而，由于红色通道没有被过滤，绿色通道只有一点，因此仍然可以很容易地阅读文本。
实验在黑暗的房间里进行。平均屏幕亮度为84 cd/m2。在每次阅读之前，受试者观看一个空白的灰色屏幕10分钟，平均亮度与文本刺激相匹配，以减少先前视觉体验的影响。在30分钟的阅读前后，测量了眼轴长度。如图1所示，所呈现的视觉目标的序列是随机的。阅读任务结束后，参与者被问及与文本内容相关的三个问题，以验证他们是否注意到了。
图1：实验方案示意图。（A） Emmetropes阅读未经过滤或用“红色聚焦”过滤器过滤的倒置对比文本（深色背景上的亮字母），每种情况下持续30分钟。（B） Emmetropes接受了初步的视力评估，然后进行了30分钟的标准对比文本阅读（明亮背景上的深色字母）。文本分为两个版本：未经过滤和使用“聚焦红色”过滤器过滤。这两种文本类型的呈现顺序是随机的，一些受试者先阅读未过滤的文本，而另一些受试人先阅读过滤后的文本。在每一次阅读之前，受试者被要求在空白的灰色屏幕上看10分钟（冲洗期），以减少之前视觉暴露的影响。在每次任务前后测量双眼的轴长（Ax）。
2.3. 眼部生物测量
眼轴轴向长度（此处称为角膜顶点和视网膜色素上皮之间的距离）由商用低相干干涉仪（Lenstar LS 900，带自动定位系统，Haag-Streit，Koeniz，瑞士）测量。在每个时间点进行三次重复测量并取平均值。所有受试者重复测量的标准偏差均低于10μm。显示了优势眼的结果。
2.4. 视力测量
使用公开可用的软件“弗莱堡视力测试”（FrACT10，https://michaelbach.de/fract/). FrACT10采用斯隆字母作为视标。对于这些测量，在2米距离处使用传统的计算机屏幕（DELL UltraSharp U2520D，25英寸，宽度560毫米）。由于字母需要使用“红色聚焦”滤镜进行过滤，因此只有1280x720的分辨率可用。因此，线性屏幕分辨率为2.28像素/毫米，一个像素为0.44毫米或0.75弧分。经过滤波后，蓝色的模糊圆直径为13像素，视角为9.78弧分或0.163度，将空间频率限制在约3.1周期/度。在较小的屏幕上，由于每个视角的像素数量较多，最大传输的空间频率高出2.58倍。它与两个屏幕的宽度比1441/560=2.58相匹配。平均屏幕亮度为35±2cd/m2。呈现的字母大小在阶梯过程中从40毫米（对向1.15度或68.75弧分）的字母高度逐渐减小到1毫米（对正向0.03度或1.71弧分）。视觉敏锐度是在两种情况下确定的：字母在没有过滤的情况下呈现，或者使用“红色聚焦”过滤器呈现。logMAR标度（最小分辨角的对数）用于表示视力。在logMAR标度中，0.0的视力相当于20/20或1.0的视力。当logMAR值降低时，视力更高。每位参与者针对每种情况完成了两次测试，并将两次测量的平均值进行了进一步分析。
2.5. 数据分析
用于统计计算的免费软件“R”（R 4.2.3版；R核心团队，R统计计算基金会，奥地利维也纳）和GraphPad Prism（macOS 10.0.2版，GraphPad software，美国马萨诸塞州波士顿）用于数据分析。Shapiro-Wilk检验用于确认轴向长度数据呈正态分布。
配对Student’s T检验用于比较有和没有“聚焦红色”过滤器的阅读标准和倒置对比文本对轴向长度的影响。未配对Student’s T检验用于比较两种对比极性（标准对比文本与倒置对比文本）之间的轴向长度差异。配对Student’s T检验用于比较使用和不使用“聚焦红色”滤镜阅读斯隆信件对轴向长度的影响。配对Student’s T检验用于分析使用“聚焦红色”滤镜观看电影对轴向长度的影响。个体参与者的轴向长度数据以三次重复测量的平均值±标准差的形式呈现。P值小于0.05被认为具有统计学意义。
3.结果
3.1. 在阅读未经过滤或使用“红色聚焦”过滤器的文本时，轴向长度会发生变化
轴向长度的变化如图2所示。使用标准对比度阅读文本对轴向长度没有显著影响（+5.6±12.2μm，n=15，n.s.，图2A）。用“聚焦红色”滤镜过滤标准对比文本也没有引起轴向长度的显著变化（+6.0±9.7μm，n=15，n.s.，图2A）。与之前的研究结果一致，用倒置对比度阅读文本会使眼睛变短（-8.8±15.3μm，n=15，p=0.021，图2B）。出乎意料的是，用“红色聚焦”滤镜过滤对比度相反的文本在很大程度上消除了这种效果，使眼睛更长（+8.6±14.6μm，n=15，p=0.037，图2B）。当受试者阅读未经过滤的倒置对比文本和使用“红色聚焦”过滤器的倒置对比文字时，轴向长度的平均变化存在显著差异（p=0.019）。两种对比极性之间的轴向长度差异也很显著（标准对比度：5.6±12.2μm，反向对比度：-8.8±15.3μm，n=15，p=0.008；图2C）。为了进行比较和确认，我们再次测试了电影在用“红色聚焦”滤镜进行数字过滤后是否会使眼睛变短。根据之前的发现，30分钟后观察到明显的眼球缩短（-12.0±11.5μm，n=15，p=0.0006；图2D）。
图2：近正视受试者在2米距离的屏幕上阅读文本30分钟后，轴向长度（μm）与基线相比的变化。黑线连接各个受试者的反应，无论是否使用“聚焦红色”滤镜。实心黑圈表示来自个体受试者的数据。（A） 使用常规对比度时，无论是否使用“红色聚焦”滤镜，眼睛都会变长。（B） 当以相反的对比度阅读文本时，眼睛会变短，但当文本图像中的蓝色通道经过空间低通滤波（通过“红色聚焦”滤波器）时，眼睛就会变长。（C） 所有科目变化的平均值。请注意，当使用传统对比度阅读文本时，“聚焦红色”过滤器没有效果，但当文本的对比度极性反转时，它会恢复响应。（D） 为了进行比较和确认，重复了之前的一项实验，表明“聚焦红色”滤镜在应用于电影时会使眼睛变短。误差条表示所有情况下15名受试者的标准偏差*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001。
3.2. “聚焦红”滤光片对视力的影响
与“聚焦红”滤镜相比，所有参与者的未过滤字母的视力都明显更好（未过滤−0.13±0.16 logMAR与“聚焦红”滤镜0.01±0.17 logMAR相比，p<0.0001，配对t检验，图3B）。显然，即使使用滤镜，平均视力仍然非常好，平均视力达到1.0（20/20，logMAR 0.0）。然而，很明显，在蓝色通道中无法读取字母，因为它们出现了严重的低通滤波（图3A）。
图3：（A）字母“C”在没有和有“红色聚焦”滤镜的情况下接近视力极限的外观，以及字母在RGB通道中的外观。请注意，它无法在蓝色通道中解析。下图显示了用于滤波的模糊圆的像素大小。（B）十五名受试者的logMAR视力的平均值。与实施“聚焦红色”过滤器时相比，当字母未经过滤时，所有参与者的视力都明显更好（p<0.0001，配对t检验）。请注意，尽管进行了过滤，但视力仍约为零logMAR。误差条表示标准偏差。***p<0.0001。
4.讨论
先前的研究结果表明，阅读倒置对比文本（深色背景上的明亮文本）会导致1小时后脉络膜增厚，30分钟后眼轴缩短。根据这些发现，当参与者阅读倒置对比文本30分钟时，我们观察到轴向眼球缩短。值得注意的是，当文本用“聚焦红色”滤镜进行空间过滤时，这种效果消失了，甚至逆转了，模拟近视LCA。我们推测，过滤器去除了视网膜产生脉络膜增厚（和眼睛缩短）信号所必需的信息。此外，我们观察到“红色聚焦滤光片”降低了受试者的视力。然而，即使使用滤镜，受试者的平均视敏度也为1.0（20/20；或logMAR 0.0），这表明滤镜仍然允许正常的视力，因此可以在电脑屏幕上应用更长的时间，以抑制近视的发展。
Gawne等人已经提出了S视锥（短波，高频敏感）信号在正视化中的特殊作用，他们在树鼩身上的实验表明，通过在笼子的一面墙上的屏幕上显示黑色和白色的马耳他十字架，可以抑制近视的发展，这些十字架在蓝色通道中经过低通滤波。他们的解释与Swiatczak和Schaeffel（2022）基于人体实验的解释相似：蓝色离焦可能向视网膜表明眼睛已经太长了，需要抑制眼睛的生长。基于进一步的实验，She和Gawne（2024）得出结论：“色度模拟近视模糊可能是儿童强有力的抗近视疗法，但参数选择可能至关重要”。我们目前的研究结果与这一结论一致。
4.1. 与先前研究的比较
与之前的一项研究一样，在2米距离的大屏幕上阅读对比度相反的文本会导致眼轴缩短。Hoseini-Yazdi等人（2021）研究了视网膜ON和OFF通路过度刺激的影响，但他们只证实了主要的OFF刺激（在明亮的背景下阅读深色文本）会使脉络膜变薄。Hoseini-Yazdi等人（2021）还发现，短期过度刺激视网膜OFF通路会导致脉络膜明显变薄，调节放松，调节发生时会增强。在目前的研究中，阅读目标距离为2米，因此调节的影响应该可以忽略不计。与Aleman等人不同，2018年，Hoseini-Yazdi等人，2021年没有发现文本对比度倒置的文本会使脉络膜变厚。他们提出，这种差异可能是由于方法的不同造成的：Aleman等人（2018）在使用标准光学相干断层扫描（OCT）设备进行测量期间中断了刺激，而Hoseini-Yazdi等人（2021）则使用光学装置保持了连续刺激。快速恢复不太可能解释这种差异，因为Aleman等人（2018）的研究表明，脉络膜厚度变化在一个多小时内逐渐累积。Delshad等人（2020）、Delshad等（2021）表明，脉络膜厚度变化在几分钟内缓慢发展，比典型的OCT测量时间要长。一个明显的差异是屏幕亮度，在Hoseini Yazdi等人（2021）的研究中，屏幕亮度相当低，为38 cd/m2，而我们的研究中为84 cd/m2。最近的研究表明，ON/OFF输入强度受到亮度的强烈调制（在1至120cd/m2的亮度范围内进行测试；Rahimi-Nasrabadi等人，2023）。因此，屏幕亮度的差异可能是Hoseini-Yazdi等人（2021）和Aleman等人（2018）研究差异的原因。
此外，在目前的研究中，使用低相干干涉术测量了轴向长度，而不是像Aleman等人（2018）那样使用OCT进行脉络膜厚度测量。正如Thakur等人（2021）所建议的那样，这两种测量值可能会相互替代，他们发现轴长的减少量与脉络膜厚度的增加量大致相同，在另一个方向上也是如此。
4.2. 为什么不是所有受试者的反应都一样？
这个问题出现在所有相关研究中。一个关键问题是，所有受试者都接近正视，这表明他们的正视机制正在正常运作。在这种情况下，人们会期望轴眼长度的瞬态变化都是相似的。对观察到的变异性的可能解释包括：（1）脉络膜厚度变化不能预测功能性正视，（2）视觉体验史与对实验性视觉刺激的反应相互作用，（3）脉络膜厚变化仅反映一天中某些时间段的正视，以及（4）受试者之间的调节差异很大，并与脉络膜厚的变化相互作用。虽然解释（1）会质疑我们和其他实验室的研究，这些研究假设脉络膜厚度变化对未来屈光发育具有预测能力，但其他因素的影响需要进一步探索。
4.3. 为什么“红色聚焦滤光片”应该消除文本刺激下脉络膜增厚的视网膜信号？
我们的研究表明，在正视眼中分别诱导眼轴缩短的两种刺激没有相加效应，而是似乎相互抵消。一种刺激是阅读对比度相反的文本，这被认为会过度刺激视网膜ON通道（Aleman等人，2018）。在鸡模型中，还发现了一种相关的动态ON刺激来刺激视网膜多巴胺的释放（Wang等人，2019）。另一种刺激（“聚焦红色”滤镜）模拟了近视眼中的LCA。之前发现，当近视受试者观看带有“红色聚焦”滤镜的电影时，会导致脉络膜增厚。然而，如果将过滤器应用于对比度相反的文本，则不会引起脉络膜增厚。检查屏幕RGB颜色通道中的文本可以清楚地看出，蓝色文本不可读（图4）。
图4：（A）未过滤RGB通道时的文本外观（顶部）。这种刺激使眼睛变短。（B） 如果只有R保持未滤波状态，但G和B越来越低通滤波（“聚焦红色”滤波器），则没有观察到眼睛缩短。请注意，蓝色被严重低通滤波，无法再读取。
如果我们假设视网膜使用LCA来检测离焦的迹象，则有必要比较光谱两端的空间频率内容（S锥与L锥图像）。这似乎在电影中效果很好。然而，在文本的情况下，空间频谱可能过于受限，以至于在用“红色聚焦滤波器”滤波后，不再提供必要的空间信息。可能的结论是：（1）使眼睛变短或变长的视觉刺激之间的差异存在于蓝色通道中，在该通道中，图像一次清晰（图4A），一次经过严重低通滤波（图4B）。（2） 蓝色通道中的严重低通滤波对S锥输入的ON/OFF感受野几乎没有刺激，这可能会导致蓝色通道的ON刺激减少。（3） 由于“聚焦红色”滤镜在电影中会缩短眼睛，但在文本中会延长眼睛（对比度相反），因此可以假设电影包含文本中没有的蓝色刺激。但这些刺激是什么？有三种选择是合理的：（1）电影和文本之间的空间频谱不同（2）图像在电影中移动，但在文本中是静止的——视网膜图像运动仅由眼球运动产生（3）文本是黑白的，而电影是彩色的。
4.4. 研究的局限性和结论
视觉刺激范式的局限性在于，眼睛中的自然LCA与视觉目标中的模拟LCA相结合。因为蓝色通常聚焦在视网膜前方，所以任何模拟的LCA都无法恢复蓝色的焦点。Swiatczak和Schaeffel（2022）已经讨论过这个问题。使用消色差透镜，可以完全校正自然LCA，然后在更可控的条件下添加模拟的LCA。不幸的是，自然LCA的校正仅适用于一个注视点，不包括阅读所需的眼球运动。另一个限制可能是受试者表现出高度可变的反应，如上文4.2所述。
总之，观察到在倒置的文本刺激下不再产生LCA衍生的生长抑制信号，这与需要检测蓝色离焦的想法是一致的，并且该信息可能无法通过文本中可用的空间频谱获得。然而，其他解释也是可能的，比如文字和电影的眼球运动模式不同。
作者贡献：LI——测量、数据分析、统计、数字、撰写手稿。BS——学习设计、统计、撰写手稿；FS——研究设计、软件开发、撰写手稿。
CRediT作者贡献声明
Lea Ingrassia：写作——初稿、调查、形式分析、数据整理。Barbara Swiatczak：写作-评论和编辑，监督，方法论，形式分析，概念化。Frank Schaeffel：写作-评论和编辑，软件，项目管理，概念化。
竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文中报告的工作。
致谢
作者感谢所有参与者的时间和瑞士巴塞尔分子与临床眼科研究所（IOB）为这项研究提供的资金。
数据可用性
数据将根据要求提供。
声明：本文并非医学诊断建议也非眼部健康信息建议
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