评估三叉神经刺激诱发的蓝斑介导觉醒中与瞳孔相关的变化

蓝斑是一个深部脑结构，可调节行为觉醒、注意力和认知表现。通过测量瞳孔大小，可间接记录其活动。该方法能够验证增强认知表现的刺激（如上丘刺激）是否通过改变瞳孔直径来调节蓝斑的活动。

实验证据表明，神经退行性疾病与蓝斑功能障碍相关。本方法将为调节传入蓝斑的三叉神经感觉输入以用于治疗目的提供新的途径。本次操作演示由专业医师兼口腔科医生文森佐·德奇科（Vincenzo De Cicco）与托马索·班菲（Tommaso Banfi）共同完成。

进行实验时，需要准备一种市售的口香糖（称为软质颗粒）和一个硅橡胶颗粒（称为硬质颗粒）。此外，还需准备一个七巧板拼图用于触觉任务。在方案一中，向受试者提供一张印有三个 10×10 数字矩阵的纸张，要求受试者在 15 秒内用铅笔依次扫描每个矩阵的行，并圈出位于每个矩阵上方所指定的尽可能多的目标数字，以测量受试者的基线认知表现。

然后手动评估性能指数、扫描速率和错误率。为测量基线瞳孔大小，让受试者坐在距离角膜地形图瞳孔测量仪56毫米的最佳工作距离处，在40勒克斯的恒定光照条件下，分别单独获取左眼和右眼瞳孔的图像。为评估在七巧板触觉任务中的瞳孔大小，将拼图中的一块放入受试者手中，并要求受试者在将该块放回七巧板的同时，记录其瞳孔大小。

为了在触觉任务期间测量瞳孔大小，在受试者开始探索拼图表面时进行的两次任务重复中的第二次过程中采集照片。通过软件直接获取以毫米为单位显示的数值，分别评估左眼和右眼的瞳孔大小。然后用触觉任务期间的瞳孔大小减去静息状态下的瞳孔大小，计算与任务相关的瞳孔扩张，并取左右瞳孔的平均值。

接下来，让受试者咀嚼一个自行服用的软质颗粒，使其自主选择咀嚼速度和惯用的咀嚼侧。一分钟后，为受试者提供一个新的软质颗粒，并要求其更换咀嚼侧，再持续咀嚼一分钟。随后立即结束咀嚼任务，评估受试者在矩阵测试中的表现，同时测量其在静息状态和触觉任务期间的瞳孔大小。

咀嚼练习结束后30分钟，评估受试者在静息状态和触觉任务期间的表现及瞳孔大小。对于方案二，为受试者佩戴带有3D打印眼镜架结构的可穿戴瞳孔测量眼动仪，并调整安装在镜架上的两个红外摄像头的位置，使受试者的眼睛处于摄像头视野的焦点范围内。使用安装在可穿戴瞳孔测量仪镜架上的已校准对数光传感器，持续同步记录环境光照水平，并在可穿戴瞳孔测量仪软件中以120赫兹的采样率采集受试者静息状态下瞳孔图像，持续20秒。

为了获得基线认知功能数据，记录受试者在执行斯宾勒-托诺尼测验时的瞳孔大小。通过取每侧瞳孔所获取数值的平均值，手动计算静息状态及执行斯宾勒-托诺尼测验期间左侧和右侧瞳孔的大小。然后按所示方法计算任务相关性瞳孔散大，以获得左侧和右侧瞳孔的平均值。

接下来，让受试者咀嚼一个自行服用的软质颗粒，由受试者自主选择咀嚼速度和咀嚼侧别。一分钟后，为受试者提供一个新的软质颗粒，并要求其更换咀嚼侧别，继续咀嚼一分钟。咀嚼练习一结束，立即评估双侧瞳孔在静息状态下的大小，以及在矩阵测试期间的瞳孔大小。

咀嚼练习结束后30分钟，评估静息状态下的瞳孔大小以及进行矩阵测试时的任务表现瞳孔大小。在此代表性示例中，咀嚼硬质或软质颗粒后不久，任务表现指数即有所提高。然而，30分钟后，仅硬质颗粒组的表现提升仍持续存在。

两种对照条件，例如缺乏活动和握力运动，均对表现产生负面影响，且在30分钟后有恢复的趋势。在之前图表中所示的同一受试者中，任务相关性瞳孔扩张也观察到定性相似的变化。在仪器的连续采集模式下，由于瞳孔在光照关闭后五秒内即达到稳定大小，因此最终的单个样本能够代表最终的平均值。

在单个受试者中，咀嚼硬质和软质颗粒后的任务表现与任务相关的瞳孔扩张之间存在显著相关性。当将相应的变化相对于基线值进行归一化处理后，这种相关性依然明显。通过将咀嚼引起的表现指数变化与执行相同矩阵测试过程中观察到的瞳孔扩张变化进行关联分析，可以获得更有力的证据，表明蓝斑（LC）参与了咀嚼对认知表现的促进作用。

在使用该操作步骤时，必须严格控制环境光照，因为外界光线可能显著影响瞳孔大小，从而干扰实验结果。该方法可能具有多种应用，例如，我们目前正在研究矫正咬合不对称是否可通过影响蓝斑核活性来提升表现。