西班牙穆尔西亚大学视觉科学研究小组，英国普利茅斯大学健康学院眼与视觉研究小组，西班牙计算视光公司发表在视光学与视觉科学期刊的一份文献表明就算是明视觉阅读条件和恒定瞳孔大小下，调节幅度也会随着视网膜照明而降低。
有大量证据表明，自18世纪首次观察到这种效应以来，调节的客观幅度随物体照明而变化。1789年的Maskelyne和1883年的Rayleigh勋爵首先描述了他们的眼睛是如何在低光照照明的条件下变得近视的。也就是说，他们的眼睛在夜间经历了近视的转变。这种众所周知的现象被称为夜间近视。在Rayleigh之后，Ferree和Rand花了大约50年的时间来系统地研究由光线变化引起的眼睛近点变化，Cabello又花了10年的时间来量化视网膜照明对调节幅度(从近点到远点的距离)的整体影响。Cabello创造了“夜间老花眼”这个词来描述在中间视觉照明和暗视觉照明条件下近点消退的影响。图1(来自Cabello和Otero的数据)显示了当目标照度降低时，调节幅度的减小。Otero后来证明，平均而言，当刺激变暗时，调节范围逐渐向张力性调节点(暗焦点)减小。
图1：主观远点和近点的变化(以及调节的幅度)作为刺激亮度的函数(分别为白色圆和黑色圆)。产生最大视力的目标聚散度也被绘制(黑色方块)。亮度以Apostilbs (asb)表示（阿普熙提，应用于扩散表面的亮度单位），为1asb = π−1cd m−2。暗视觉条件近似对应于π·10−3 asb;在π·10−3 asb和π asb之间的中间视觉条件和大于π abs的值对应于明视觉条件。图表由Cabello重绘。这个图表之前由Otero重新绘制。
最近的研究报告了远用屈光度的近视变化，以及在低光照水平下的调节减少。
然而，正如前面提到的Cabello和Otero的研究一样，这些变化大多发生在低中间视觉和暗视觉水平，低于现代世界阅读文本所通常需要的水平。
考虑到视网膜的亮度取决于目标的亮度和瞳孔的大小(也取决于大视场的亮度)，近点和远点的变化可能会受到瞳孔缩小的影响，因为在调节发生时，光线水平会发生变化。随着瞳孔的扩大，更多的周边光学有助于视网膜图像，因为随着调节从正到负的球差变化，与使用更多近轴光学器件的测量相比，包括周边光学器件的屈光测量将倾向于显示减小的调节。然而，由于量子噪声的影响，神经敏感性随着视网膜照度的降低而下降（平方根定律）。因为离焦主要解调较高的空间频率，对这些高空间频率的灵敏度降低也可能导致在低光照水平下无法调节。
为了将瞳孔产生的光学效应与神经效应分开，我们试图通过研究视网膜照度对固定瞳孔大小的主观调节幅度的影响，来分离对聚焦深度的神经效应。
在这项研究中，我们将光线水平限制在阅读过程中通常遇到的光照水平上。
方法
参与者
23名年龄在20 - 54岁的受试者参加了这项研究。然而，有3名参与者在滴注苯肾上腺素后因无法调节、过度流泪或瞳孔小于5mm而无法完成实验。其余20名受试者分为两组，每组10人:青年受试者，年龄20 ~ 38岁，平均±标准差25±5.3岁;老花眼10例，年龄45 ~ 54岁，平均±标准差50±3.1岁。检测前，由同一位合格视光师在108.9±1.7 cd m−2的亮度下进行主观验光。所有受试者的最佳矫正视力为0.0 logMAR或更高。这项研究得到了穆尔西亚大学伦理委员会的批准。所有参与者都给出了书面的知情同意，这项研究遵循了赫尔辛基宣言的原则。
实验设置
一个定制的Badal视力计，刺激由步进电机控制，用于改变目标聚散范围约为+10到−18D。该系统由两个消色差双星组成：一个固定的，而另一个可以移动（即Badal镜头）。使用这个自动的Badal系统，受试者使用操纵杆控制，主观地调整目标聚散度，以找到他们的远点和近点。调节幅度定义为这两个位置之间的聚散差异。关于该光学系统和该方法的进一步细节可以在其他地方找到。
定制的Badal视力计
我们选择了眼睛的入瞳作为测量的参考平面，这样就可以比较不同屈光不正的受试者之间的调节振幅。为此目的，我们使用了一个无限聚焦的相机和一个平面镜，这样参与者的虹膜就可以聚焦了。调节计算的振幅考虑到目标位置是固定的，其相对于主体的距离是有限的。
实验步骤
测量了所有参与者的左眼，而对侧眼仍然遮盖。目标是放置在距离受试者6.95米处的Bailey-Lovie视力表。该目标是倒置的，以对应由Badal系统引入的倒置。然后通过将主观验光中获得的处方放在Badal镜片和人眼之间的综合验光仪来补偿他们的屈光不正，。将一个直径为5 mm的人工瞳孔放置在综合验光仪上，放置在距离角膜顶点约10 mm处。
每个参与者都尽可能多地进行必要的初步训练试验，直到他们觉得自己准备好了。在此之后，两滴10%的苯肾上腺素滴入参与者的左眼，间隔5分钟。苯肾上腺素对调节作用无显著影响。人工瞳孔在完全扩张前相对于自然瞳孔居中。40分钟后，在确定瞳孔直径大于5mm且对光无反应后，开始对调节幅度进行主观测量。使用不同配置的房间灯和额外使用两盏500 W的白炽灯来产生四种不同的图表亮度水平(名义上为11.3、41.8、108.9和258.4 cd m−2，分别对应于视网膜照度为222、821、2138和5074 trolands（特罗兰，光线进入人眼到达视网膜后被照明区的光照度，视网膜照度单位）)。每个受试者的亮度条件顺序是随机的。
按照“令人反感的模糊”标准，参与者被指示将Badal镜片向上移动到尽可能远的位置，以便他们能够清楚地看到0.0 logMAR视力对应的字母。具体的指示(用西班牙语给出)是寻找维持“模糊程度”的最远点，这种程度是你无法忍受的。这种模糊已经到了让人无法接受的地步。”在获得远点的位置后，受试者被指示通过将Badal镜片尽可能靠近找到他们的近点，直到他们能够感知到一个维持且不可接受的模糊，标准与之前相同。然后通过对每个受试者和亮度条件的五个远点和近点测量的平均值获得调节幅度。
统计分析
尽管我们设计的实验有两个明显不同的年龄组，年轻人(调节幅度，≥3d)和老年眼(调节幅度，< 3d)，但年龄对调节幅度的影响在每一组中仍然是非常强的，特别是在年轻的受试者中。因此，在我们的模型中，我们将年龄作为光照对调节幅度影响的潜在混杂因素。因此，对于每个年龄组，对重复测量进行线性混合效应模型，调节幅度作为年龄的线性函数(作为混杂因素)，亮度的对数函数(主要解释变量)，受试者作为随机效应。我们使用了一个对数尺度的亮度，因为它的关联与调节幅度大致是线性的平均(见结果部分)。两组重复测量分析经Bonferroni校正后的显著性水平设为0.03。使用R统计环境的软件包“lme4”(https://www.R-project.org, R Foundation for statistical Computing, Vienna, Austria)来估计线性混合模型的参数。F统计量的Kenward-Roger修正(改进的小样本近似)的P值是用R包“CAR”的“方差分析”函数获得的。
结果
年轻组获得的平均等效球镜为-0.15 D。平均值乘以1.96的标准误差为0.68 D。对于老花眼组，这些值分别为-0.10和1.11 D。年轻组获得了调节的平均振幅（和1.96的平均标准误差）为（按亮度降序排列）6.34（0.35）、5.66（0.43）、5.63（0.45），和4.35（0.59）D。图2显示了每个年轻受试者在所有四种亮度下的调节幅度。受试者按年龄从小（上）到大（下）的顺序排列。总体而言，随着年龄的增长，调节幅度会减小。
图2：每个视网膜照度下年轻受试者的调节幅度。受试者按年龄排序，年龄较小者排在首位。条形的宽度表示调节的幅度，条形的左边界是远点，条形的右边界是每个受试者的近点。红色垂直虚线表示所有年轻受试者的平均远点和近点。左误差条表示远点的1.96 SEM，而右误差条表示近点的1.96 SEM。标签M（实心条）代表受试者之间的平均值。SEM=平均值的标准误差；Td=特罗兰。
老花眼组（图3）在不同亮度条件下的平均调节振幅（平均标准误差为1.96）为1.69（0.16）、1.36（0.16）、1.24（0.20）和1.04（0.21）D。一般来言，该组调节幅度与年龄之间的趋势相同。
图3：每个视网膜照度的老花眼受试者的调节振幅。其他细节见图2。Td =特罗兰。
当取每个年龄组的平均值时，我们的结果可以总结在图4中。当光照从11.3增加到258.4cdm−2时，年轻受试者（0.51 D）的远点距离大约是老花眼（0.23 D）的两倍。此外，年轻人的近点（1.48 D）的距离是老花眼（0.41 D）的三倍。
图4：对于年轻受试者（左上图）和老花眼（右上图），在不同目标亮度水平下的远点（实心圆）和近点（空心圆）。下图显示了年轻受试者（左下图）和老花眼（右下图）的亮度对数和调节幅度之间的关系。上部面板中顶部x轴上的值是对应于底部x轴上每个对数亮度水平的视网膜照度（以trolands为单位）。添加它们是为了与图2和图3进行直接比较。误差条的长度表示平均值周围95%置信区间（±1.96 SEM）的高斯估计值。请注意，在许多情况下，误差条的长度太小，以至于它们被符号本身遮挡。SEM=平均值的标准误差；Td=特罗兰。
对于年轻组，调节幅度随着亮度的增加而增加1.36D/log10（cdm−2）（P<4X10−5），随着年龄的增长增加0.13D/年而减少（P = .07），用重复测量的线性随机效应模型估计。（请注意，根据我们的样本数据估计，随着年龄的减少没有统计学意义。）对于老花组，在0.45D/log10（cdm−2）时，对数亮度的增加估计小3倍以上（P < 2X10−6）。随着年龄的增长，0.11D/年相似（P = .01）。
讨论
本研究的目的是评估在通常用于阅读的环境光水平范围内，亮度变化对主观调节幅度的影响。通过使用固定的5毫米瞳孔直径，这些刺激亮度的变化改变了视觉系统的神经敏感性，但避免了瞳孔变化引起的光学变化的混淆。因此，眼睛所经历的唯一光学变化是在调节过程中发生的，因此对目标的感知差异是由于视网膜照明变化所产生的神经效应的变化。在我们的Badal系统中，在调节过程中，由于眼睛的图像节点改变了位置，视网膜的照度发生了轻微的变化，但即使在几乎7 D的调节中，这种变化也不到5%。本研究的一个局限性是缺乏对调节幅度的客观测量，这将有助于了解缺乏光线是否影响睫状肌的反应，或者它是否只是光子噪声的问题。
我们的结果(一个渐近的远点和渐远的近点)与Cabello, Otero和其他人先前的研究基本一致然而，与之前的研究不同的是，在这些研究中，光照水平和调节反应都会改变瞳孔大小，从而改变图像的光学特性，我们使用固定的瞳孔直径(5毫米)，隔离了神经灵敏度变化对调节幅度的影响。因此，我们的研究结果表明，除了瞳孔大小变化产生的光学效应外，视网膜照明在调节幅度的变化中起着关键作用。
除了老花眼的主要影响，发现的差异平均远点的变化与亮度可以解释为更大的传播因素眼媒体在年轻科目产生更大的视网膜照明比年轻的眼睛为同一对象的亮度。50岁受试者的平均透光率约为25岁受试者的79%。相对而言，两组的目标亮度的影响是相似的，因为年轻组的平均容量是老花花组的3到4倍。
除了老花眼的主要影响外，远点的平均变化幅度与亮度的差异还可以通过年轻受试者的眼屈光介质的更大透射因子来解释，对于同一物体的亮度，年轻的受试者比老年的眼睛产生更大的视网膜光照。50岁受试者的平均透射率约为25岁受试人的79%。相对而言，目标亮度在两组中的效果相似，因为年轻组的平均调节能力是老花眼的三到四倍。
老花组的平均年龄为50岁，以往的研究表明，该年龄个体的平均主观调节幅度约为1.75 D，比本研究中目标亮度为108.9 (1.7)cdm−2(与临床测量相似)时获得的调节幅度约大0.4 D。这种差异可以解释为瞳孔直径的不同对聚焦深度的影响，因为在这些亮度水平下，50岁的人的典型瞳孔大约是4毫米，比我们这里使用的5毫米的人工瞳孔小20%。年轻的研究对象和年长的研究对象也有类似的倾向。30岁个体的平均调节幅度约为7D，比我们在年轻样本中观察到的5.66 D要大。值得注意的是，调节幅度的客观测量值在年轻人中约为6或7 D，而在50岁以上的人中约为零。老年人眼睛调节幅度的主观和客观测量之间的差异被认为反映了假调节或主观焦点深度，这被纳入本研究中使用的主观调节幅度测量。由于受试者之间的巨大差异，以及对给予受试者的刺激和指示的主观调节的敏感性，当前研究与早期报告之间的微小差异可能是意料之中的。
聚焦图像和离焦图像之间的一个主要区别是图像中的高空间频率内容的幅度。随着视网膜照度的降低，较高的空间频率受到光子噪声的影响更大。因此，随着视网膜照度的降低和调节趋于其静止状态（平均约为−2D，尽管不同受试者的差异很大），指示离焦的信号变得不那么明显。如图1所示，在暗视觉光照水平下，亮度降低的影响要大得多。在中间视觉和暗视觉光照范围之间的转换中有更大的跳跃。目前的研究表明，调节幅度的降低可以独立于瞳孔大小的变化而发生，并且在低光照水平下也会出现，例如在阅读中使用的光照水平，这与Campbell关于引发人类调节反射所需的最小光量的研究相一致。Campbell表示，“如果物体的亮度降低，直到接近感官阈值，那么就不可能感知到图像中不那么强烈的模糊边缘。”因此，用Campbell自己的话来说，“物体的亮度越高，就越容易检测到这种离焦模糊，调节反应也就越大。”
我们的研究结果强调了光照水平对视力的重要性，尤其是在老花眼患者执行看近任务（如阅读）时。例如，没有足够的光照可能意味着老花眼患者可能无法在近距离阅读，即使在光照水平下正确计算了他们的下加量，因为他们的近点由于昏暗的闪光而离眼睛越来越远。一些老花眼的治疗包括在隐形眼镜或角膜内使用人造小瞳孔来扩大焦点深度。然而，这种方法会导致视网膜照度下降，这可能会改变患者的近点。在一项理论研究中，徐等人发现，在低光照水平下，使用小瞳孔解决方案时，视觉功能通常比多焦点解决方案更差。
总之，我们的结果表明，伴随着目标亮度降低的视网膜照度变化降低了在现代环境中文本常见的刺激范围内的主观调节幅度。因此，光照水平的降低可能会加剧与年龄相关的调节幅度下降，因此，环境光照条件的降低可能导致临床老花眼的发病和需要光学辅助的年龄。因此，在日常临床实践中进行评估、诊断和开具处方时，应考虑照明条件。
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