Klin Monbl Augenheilkd 2010; 227(11): 840-844
DOI: 10.1055/s-0029-1245658
Übersicht

Das Auge der Inneren Uhr – Pupillenforschung in neuem Licht

The Eye of the Inner Clock – Pupil Research in a New Light
B. J. Wilhelm
1   STZ eyetrial am Department für Augenheilkunde, Universitätsklinikum Tübingen
› Author Affiliations

Zusammenfassung

Hintergrund: Durch die Entdeckung Melanopsin-haltiger Ganglienzellen-Subpopulationen ipRGC (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells) hat die Pupillenforschung neuen Auftrieb erhalten. Diese speziellen Ganglienzellen haben eine maximale Empfindlichkeit bei 480 nm und beeinflussen vorwiegend den Tag-Nacht-Rhythmus (innere Uhr) und die Pupillenreaktion. Sie steuern vor allem die Einstellung der Pupillenweite auf anhaltende Beleuchtung sowie auf besonders helles und vor allem kurzwelliges Licht. Eigene Ergebnisse bei blinden Patienten mit Retinitis Pigmentosa zeigten auch deutliche Pupillenlichtreaktionen bei Verwendung eines Standard-Pupillographie-Geräts (CIP, AMTech, Dossenheim) mit gelbem Reizlicht, die anhand bisheriger Hypothesen schwer erklärbar sind. Bisher gibt es erst wenige Untersuchungen bei Patientengruppen mit ophthalmologischen Diagnosen. Diese weisen aber darauf hin, dass durch Modifikation pupillografischer Reize eine gute Unterscheidung zwischen Läsionen der äußeren und inneren Netzhaut möglich ist. Methode: Es ist für die weitere, praktisch angewandte Pupillenforschung von Interesse, wie sich die Abhängigkeit der Pupillenlichtreaktion von der Wellenlänge, Dauer und Intensität des verwendeten Lichtes darstellt. Dafür ist die Verwendung definierter spektraler Lichtreize ebenso notwendig wie spezielle Aufzeichnungs- und Analysemethoden. Schlussfolgerung: Es ist zu erwarten, dass sich aus den Erkenntnissen solcher Forschung Konsequenzen für die Differenzialdiagnostik von Erkrankungen der äußeren und inneren Netzhaut einerseits und die Funktionsprüfung von Netzhautimplantaten andererseits ergeben. Dieser Beitrag soll einen Überblick über den bisherigen Wissensstand geben.

Abstract

Background: Pupillary research has received a new impetus since the discovery of the melanopsin containing ganglion cell subpopulation ipRGC (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells). These specific ganglion cells have a maximum spectral sensitivity at 480 nm and affect predominantly the day-night cycle (inner clock) and the pupil reaction. They control above all the adjustment of the pupil width during continuous lighting, as well as during particularly bright and above all short wavelength light. Our results from blind patients with retinitis pigmentosa also showed clear pupil light reactions when examined with standard pupillographic equipment (CIP, AMTech, Dossenheim) with a yellow stimulus. These results are difficult to explain with the previous hypotheses. Up till now, there have been only few investigations in groups of patients with ophthalmological diseases. These studies indicate that with modified pupillographic stimuli, a clear distinction between lesions of the outer and inner retina is possible. Methods: It is of interest for future applied pupillary research to ascertain how the pupillary light reaction alters with the wavelength, duration and intensity of the light stimulus. For such studies it is necessary not only to use well-defined spectral stimuli but also to develop special recording techniques and methods of analysis. Conclusions: It is to be expected that the results of such research will have consequences not only for the differential diagnosis of pathologies of the outer and inner retina, but also on the functional testing of retinal implants. This article gives an overview of the current state of knowledge.



Publication History

Received: 22 July 2010

Accepted: 30 July 2010

Publication Date:
12 November 2010 (online)

© 2010. Thieme. All rights reserved.

Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

 
  • Literatur

  • 1 Provencio I, Rodriguez IR, Jiang G. et al A novel human opsin in the inner retina.. J Neurosci 2000; 20: 600-605
  • 2 Hattar S, Liao HW, Takao M. et al Melanopsin-containing retinal ganglion cells: architecture, projections, and intrinsic photosensitivity.. Science 2002; 295: 1065-1070
  • 3 Hattar S, Lucas RJ, Mrosovsky N. et al Melanopsin and rod-cone photoreceptive systems account for all major accessory visual functions in mice.. Nature 2003; 424: 76-81
  • 4 Gooley JJ, Lu J, Fischer D. et al A broad role for melanopsin in nonvisual photoreception.. J Neurosci 2003; 23: 7093-7106
  • 5 Lucas RJ, Hattar S, Takao M. et al Diminished pupillary light reflex at high irradiances in melanopsin knockout mice.. Science 2003; 299: 245-247
  • 6 Hannibal J, Hindersson P, Ostergaard J. et al Melanopsin is expressed in PACAP-containing retinal ganglion cells of the human retinohypothalamic tract.. Invest Ophthalmol Vis Sci 2004; 45: 4202-4209
  • 7 Berson DM, Dunn FA, Takao M. Phototransduction by retinal ganglion cells that set the circadian clock.. Science 2002; 295: 1070-1073
  • 8 Melyan Z, Tarttelin EE, Bellingham J. et al Addition of human melanopsin renders mammalian cells photoresponsive.. Nature 2005; 433: 741-745
  • 9 Qiu X, Kumbalasiri T, Carlson SM. et al Induction of photosensitivity by heterologous expression of melanopsin.. Nature 2005; 433: 745-749
  • 10 Dacey DM, Liao HW, Peterson BB. et al Melanopsin expressing ganglion cells in primate retina signal colour and irradiance and project to the LGN.. Nature 2005; 433: 749-754
  • 11 Altimus CM, Guler AD, Villa KL. et al Rods-cones and melanopsin detect light and dark to modulate sleep independent of image formation.. Proc Natl Acad Sci U S A 2008; 105: 19998-20003
  • 12 Güler AD, Ecker JL, Lall GS. et al Melanopsin cells are the principal conduits for rod-cone input to non-image-forming vision.. Nature 2008; 453: 102-105
  • 13 Brainard GC, Hanifin JP, Greeson JM. et al Action spectrum for melatonin regulation in humans: evidence for a novel circadian photoreceptor.. J Neurosci 2001; 21: 6405-6412
  • 14 Gamlin PDR, McDougal DH, Pokorny J. et al Human and macaque pupil responses driven by melanopsin-containing retinal ganglion cells.. Vision Res 2007; 47: 946-954
  • 15 Young RS, Kimura E. Pupillary correlates of light-evoked melanopsin activity in humans.. Vis Res 2008; 48: 862-871
  • 16 Kawasaki A, Kardon RH. Intrinsically photosensitive retinal ganglion cells.. J Neuroophthalmol 2007; 27: 195-204
  • 17 Kardon R, Anderson SC, Damarjian TG. et al Chromatic pupil responses: preferential activation of the melanopsin-mediated versus outer photoreceptor-mediated pupil light reflex.. Ophthalmology 2009; 116: 1564-1573
  • 18 McDougal DH, Gamlin PD. The influence of intrinsically-photosensitive retinal ganglion cells on the spectral sensitivity and response dynamics of the human pupillary light reflex.. Vision Res 2010; 50: 72-87
  • 19 Peters T, Miltenberger J, Lüdtke H. et al Abstract, The 27th Pupil Colloquium. Hamamatsu, Japan: 2007
  • 20 Loewenfeld IE. The Pupil. Anatomy, Physiology and Clinical Applications. Butterworth and Heineman. Boston, Oxford: 1999
  • 21 Wilhelm H. The pupil.. Current Opinion in Neurology 2008; 21: 36-42
  • 22 Wilhelm H, Wilhelm B, Lüdtke H. Pupillography – principles and applications in basic and clinical research. Klinische Pharmakologie, Clinical Pharmacology. Zuckerschwerdt Verlag; 1999