瞳孔対光反射

瞳孔対光反射（PLR）または光瞳孔反射は、眼球の奥にある網膜の網膜神経節細胞に当たる光の強さ（輝度）に応じて瞳孔の直径を制御する反射であり、それによって視覚をさまざまなレベルの明暗に適応させるのに役立ちます。光の強さが増すと瞳孔が収縮し（縮瞳/縮瞳；それにより入る光が少なくなります）、光の強さが弱くなると瞳孔が拡張します（散瞳、拡張；それにより入る光が多くなります）。このように、瞳孔対光反射は目に入る光の強さを調節します。^[1]片方の目に光が当たると、両方の瞳孔が収縮します。

瞳孔は、虹彩の中央にある暗い円形の開口部で、光が目に入る場所です。カメラに例えると、瞳孔は絞りに相当し、虹彩は絞りに相当します。瞳孔反射を「虹彩」反射と考えるとわかりやすいかもしれません。虹彩括約筋と散大筋は周囲の光に反応しているのが見えるからです。^[2]一方、瞳孔は能動的な虹彩によって形成される受動的な開口部です。瞳孔反射は瞳孔反応と同義で、瞳孔収縮または散大の場合があります。瞳孔反射は概念上、反応する瞳孔の側（左または右）に関連付けられており、光刺激が発生する側には関連していません。左瞳孔反射は、どちらの目が光源にさらされているかに関係なく、左瞳孔が光に反応することを指します。右瞳孔反射は、光が左目、右目、または両目に照射されたかどうかに関係なく、右瞳孔が反応することを意味します。片方の目だけに光が当たって、もう片方の目には当たらない場合、両方の瞳孔が同時に収縮するのは正常です。直接および間接という用語は、反応する瞳孔の側に対する光源の側を指します。直接瞳孔反射は、同側（同じ）の目に入る光に対する瞳孔の反応です。間接瞳孔反射は、反対側（反対側）の目に入る光に対する瞳孔の反応です。したがって、絶対的側性（左対右）および相対的側性（同側対反対側、同側対反対側、直接対間接）という用語に基づいて、4 種類の瞳孔対光反射があります。

1. 左直接瞳孔反射は、左眼（同側眼）に入る光に対する左瞳孔の反応です。
2. 左側の同意瞳孔反射は、右目（反対側の目）に入る光に対する左瞳孔の間接的な反応です。
3. 右直接瞳孔反射は、右眼（同側眼）に入る光に対する右瞳孔の反応です。
4. 右間接瞳孔反射は、左眼（反対側の眼）に入る光に対する右瞳孔の間接的な反応です。

両側の瞳孔対光反射神経経路には、求心性肢と 2 つの遠心性肢があります。求心性肢には、視神経 ( CN II ) 内を走る神経線維があります。各遠心性肢には、動眼神経 ( CN III )の末梢に沿って走る副交感神経線維があります。求心性肢は感覚入力を運びます。解剖学的には、求心性肢は網膜、視神経、および中脳の上丘レベルの視蓋前核で構成されます。網膜の神経節細胞は、視神経を介して同側の視蓋前核に線維を投射します。遠心性肢は、視蓋前核から虹彩の瞳孔括約筋への瞳孔運動出力です。視蓋前核は、中脳にある同側および対側のエディンガー・ウェストファル核に神経線維を投射する。各エディンガー・ウェストファル核は、第3中枢とともに出て、毛様体神経節の節後副交感神経ニューロンとシナプスを形成する節前副交感神経線維を生じる。節後神経線維は毛様体神経節を出て、瞳孔括約筋を神経支配する。^[3]各求心性肢には、同側と対側に1つずつ、計2つの遠心性肢がある。同側遠心性肢は、同側瞳孔の直接対光反射の神経信号を伝える。対側遠心性肢は、対側瞳孔の同意対光反射を引き起こす。

交感神経系は暗い場所で瞳孔を拡張させる役割を果たします。^[4]

視神経、より正確には網膜視床下部路を通る光感受性神経節細胞は、瞳孔反射の求心性肢を担い、入ってくる光を感知します。動眼神経は、瞳孔反射の遠心性肢を担い、瞳孔を収縮させる虹彩筋を駆動します。^[1]

1. 網膜: 瞳孔反射経路は、光感受性網膜神経節細胞から始まり、視神経を介して情報を伝達します。視神経の最も末端にある遠位部分は視神経乳頭です。視神経の軸索の一部は、外側膝状体核 (一次視覚皮質に投射)の細胞ではなく、上部中脳の視蓋前核に接続します。これらの内因性光感受性神経節細胞はメラノプシン含有細胞とも呼ばれ、概日リズムと瞳孔光反射に影響を与えます。
2. 視蓋前核: いくつかの視蓋前核の神経細胞体から、軸索がエディンガー・ウェストファル核のニューロンにシナプスを形成します (接続します) 。これらのニューロンは、動眼神経を通って毛様体神経節まで伸びる軸索を持つ節前細胞です。
3. エディンガー・ウェストファル核:毛様体神経節ニューロン上の動眼神経シナプスにおける副交感神経ニューロン軸索。
4. 毛様体神経節：短い節後毛様体神経が毛様体神経節から出て、虹彩の虹彩括約筋を支配します。^[1]

神経経路の概略図を参照すると、瞳孔対光反射システム全体は、1 から 8 までの番号が付けられた 8 つの神経節で構成されていると視覚化できます。奇数節 1、3、5、7 は左側にあります。偶数節 2、4、6、8 は右側にあります。節 1 と 2 には、それぞれ網膜と視神経 (脳神経 #2) が含まれます。節 3 と 4 は、片側の視蓋前核から反対側のエディンガー・ウェストファル核に渡る神経線維です。節 5 と 6 は、片側の視蓋前核を同じ側のエディンガー・ウェストファル核に接続する線維です。節 3、4、5、6 はすべて、中脳内のコンパクトな領域内にあります。セグメント 7 と 8 にはそれぞれ、エディンガー・ウェストファル核から毛様体神経節を通り、動眼神経 (脳神経 #3) に沿って、虹彩内の筋肉構造である毛様体括約筋に至る副交感神経線維が含まれています。

• 左直接対光反射には神経節 1、5、7 が関与します。節 1 は求心性肢で、網膜と視神経が含まれます。節 5 と 7 は遠心性肢を形成します。
• 左の同意対光反射には神経節 2、4、7 が関与します。節 2 は求心性肢です。節 4 と 7 は遠心性肢を形成します。
• 右直接対光反射には神経節 2、6、8 が関与します。節 2 は求心性肢です。節 6 と 8 は遠心性肢を形成します。
• 右の協調対光反射には神経節 1、3、8 が関与します。節 1 は求心性肢です。節 3 と 8 は遠心性肢を形成します。

この図は、臨床検査で得られた光反射検査結果を使用して、消去法によって瞳孔反射システム内の病変の位置を特定するのに役立ちます。

瞳孔対光反射は、眼の感覚機能と運動機能の健全性を検査するための有用な診断ツールです。 ^[1]救急医は脳幹機能を評価するため、定期的に瞳孔対光反射を検査します。異常な瞳孔反射は、視神経損傷、動眼神経損傷、脳幹病変（脳幹死を含む）、バルビツール酸などの鎮静剤で認められます。^{[5] [6]}以下に例を示します。

• 左側の視神経損傷（例えば、網膜と視交叉の間のどこかにある左視神経（CN II）の切断により、左求心脚が損傷し、両側の瞳孔光反射神経経路の残りの部分はそのまま残る）では、次の臨床所見が見られます。
  • 左の直接反射は失われます。左目が光で刺激されても、どちらの瞳孔も収縮しません。左目からの求心性信号は切断された左視神経を通過して、左の無傷の遠心肢に到達できません。
  • 右の同意反射は失われます。左目が光で刺激されると、左目からの求心性信号は切断された左視神経を通過して、右目の無傷の遠心性肢に到達できなくなります。
  • 右直接反射は正常です。右瞳孔の直接対光反射には右視神経と右動眼神経が関与しますが、どちらも正常です。
  • 左の間接反射は正常です。左瞳孔の間接対光反射には右視神経と左動眼神経が関与していますが、どちらも損傷はありません。
• 左側の動眼神経の損傷（神経切断や炎症/感染など）、または腫瘤性病変（動脈瘤、腫瘍、脳ヘルニアなど）による左側動眼神経末梢の副交感神経線維の圧迫には、次のような臨床所見がみられます。
  • 左の直接反射は失われます。左眼が光で刺激されると、左瞳孔は収縮しません。これは、遠心性信号が中脳から左 CN III を経由して左瞳孔括約筋に伝わらないからです。
  • 右の同意反射は正常です。左目が光で刺激されると、左の求心性肢と右の遠心性肢の両方が正常であるため、右の瞳孔が収縮します。
  • 右直接反射は正常です。右目に光が当たると、右瞳孔が収縮します。右瞳孔の直接反射は影響を受けません。右求心性肢である右 CN II と右遠心性肢である右 CN III は両方とも正常です。
  • 左の同意反射は消失しています。右眼が光で刺激されても、左瞳孔は同意収縮しません。右求心性肢は正常ですが、左遠心性肢、左 CN III は損傷しています。

たとえば、異常な左直接反射と異常な右間接反射（正常な左間接反射と正常な右直接反射）を持つ人の場合、身体検査により、左マーカス・ガン瞳孔、またはいわゆる左求心性瞳孔欠損が生じることになります。病変の位置は次のように推測できます。

1. 左側の協調反射は正常であるため、セグメント 2、4、および 7 は正常です。病変はこれらのセグメントのいずれにも存在しません。
2. 右直接反射は正常であるため、セグメント 2、6、および 8 は正常です。以前の正常と組み合わせると、セグメント 2、4、6、7、および 8 はすべて正常です。
3. 病変が存在する可能性がある残りのセグメントは、セグメント 1、3、および 5 です。可能な組み合わせと順列は、(a) セグメント 1 のみ、(b) セグメント 3 のみ、(c) セグメント 5 のみ、(d) セグメント 1 と 3 の組み合わせ、(e) セグメント 1 と 5 の組み合わせ、(f) セグメント 3 と 5 の組み合わせ、および (g) セグメント 1、3、および 5 の組み合わせです。
4. オプション (b) と (c) は、セグメント 3 のみ、またはセグメント 5 のみの孤立した病変では、問題となっている光反射異常は発生しないため、除外されます。
5. 左網膜、左視神経、左視蓋前核を含む左求心性肢であるセグメント 1 のどこかに単一の病変があると、観察される光反射異常が生じる可能性があります。セグメント 1 の病変の例には、左視神経炎 (左視神経の炎症または感染)、左網膜剥離、左視蓋前核のみに影響を及ぼす孤立した小さな脳卒中などがあります。したがって、オプション (a)、(d)、(e)、(f)、(g) が考えられます。
6. 欠損の原因として、セグメント 3 と 5 の複合損傷が考えら​​れる可能性は非常に低い。左視蓋前核、両側のエディンガー・ウェストファル核、およびそれらの相互接続線維を含む中脳の顕微鏡的に正確な脳卒中は、理論的にはこの結果を生み出す可能性がある。さらに、セグメント 4 は中脳内でセグメント 3 と同じ解剖学的空間を共有しているため、セグメント 3 が損傷するとセグメント 4 も影響を受ける可能性が高い。この状況では、セグメント 4 が損傷されていないことを必要とする左の同意反射が保持される可能性は非常に低い。したがって、セグメント 3 を含むオプション (d)、(f)、および (g) は除外される。残りの可能性のあるオプションは (a) と (e) である。
7. 上記の推論に基づくと、病変は必ずセグメント 1 に関係します。セグメント 5 の損傷はセグメント 1 の病変を伴う可能性がありますが、この場合の異常な光反射の結果を生み出すためには必要ありません。オプション (e) は、セグメント 1 と 5 の複合病変です。複数の神経部位を同時に侵すことが多い多発性硬化症は、この複合病変を引き起こす可能性があります。おそらく、オプション (a) が答えです。MRI スキャンなどの神経画像は、臨床所見の確認に役立ちます。

光に対する瞳孔の反応は、純粋に反射的なものではなく、注意、意識、視覚入力の解釈方法などの認知要因によって調整されます。たとえば、片方の目に明るい刺激が提示され、もう一方の目に暗い刺激が提示された場合、2 つの目の間で知覚が交互に行われます (つまり、両眼視野闘争)。暗い刺激が知覚されることもあれば、明るい刺激が知覚されることもありますが、両方が同時に知覚されることはありません。この技術を使用すると、明るい刺激が意識を支配しているときは、暗い刺激が意識を支配しているときに比べて、瞳孔が小さくなることが示されています。^{[7] [8]}これは、瞳孔の光反射が視覚認識によって調整されていることを示しています。同様に、視覚入力が同じであっても、暗い刺激と比較して、明るい刺激にこっそりと (つまり、見ずに) 注意を向けると瞳孔が収縮することが示されています。^{[9] [10] [11]}さらに、気を散らすようなプローブの後の瞳孔対光反射の大きさは、プローブが視覚的注意を引き付け、タスクのパフォーマンスを妨げる程度と強く相関しています。^[12]これは、瞳孔対光反射が視覚的注意と視覚的注意の試行ごとの変化によって調整されることを示しています。最後に、主観的に明るいと知覚される画像（例：太陽の画像）は、両方の画像の客観的な明るさが等しい場合でも、それほど明るくないと知覚される画像（例：屋内の風景の画像）よりも強い瞳孔収縮を引き起こします。^{[13] [14]}これは、瞳孔対光反射が主観的な（客観的ではなく）明るさによって調整されることを示しています。

瞳孔光反射は、環境光の関数として瞳孔径の変化を記述する生理学に基づいた非線形遅延微分方程式としてモデル化される：^[15]

${\displaystyle {\begin{aligned}M(D){}&=\tanh ^{-1}\left({\frac {D-4.9}{3}}\right)\\{\frac {\mathrm {d} M}{\mathrm {d} D}}{\frac {\mathrm {d} D}{\mathrm {d} t}}+2.3026\tanh ^{-1}\left({\frac {D-4.9}{3}}\right)&=5.2-0.45\ln \left({\frac {\Phi [t-\tau ]}{4.8118\times 10^{-10}}}\right)\end{aligned}}}$

ここで、はミリメートルで測定された瞳孔径で、は時間 で網膜に到達する光度で、次のように記述できます。 ルーメン/mm ²で目に到達する輝度 × mm ²で測定された瞳孔面積。は瞳孔潜時で、光パルスが網膜に到達した瞬間から、神経伝達、神経筋興奮、および活性化の遅延による虹彩反応の開始までの時間遅延です。、および は関数、瞳孔径、および時間の導関数です。 ${\displaystyle D}$${\displaystyle \Phi (t-\tau )}$${\displaystyle t}$${\displaystyle \Phi =IA}$${\displaystyle \tau}$${\displaystyle \mathrm {d} M}$${\displaystyle \mathrm {d} D}$${\displaystyle \mathrm {d} t}$${\displaystyle M}$${\displaystyle D}$${\displaystyle t}$

瞳孔収縮速度は（再）拡張速度の約3倍速いため、^[16]数値ソルバーシミュレーションでは異なるステップサイズを使用する必要があります。

${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {d} t_{c}&={\frac {T_{c}-T_{p}}{S}}\\\mathrm {d} t_{d}&={\frac {T_{c}-T_{p}}{3S}}\end{aligned}}}$

ここで、 と はそれぞれミリ秒単位で測定された収縮と拡張の であり、はそれぞれミリ秒単位で測定された現在のシミュレーション時間と前回のシミュレーション時間 (シミュレーション開始後の時間) であり、は収縮/拡張速度に影響する定数であり、個人によって異なります。値が大きいほど、シミュレーションで使用される時間ステップが小さくなり、結果として瞳孔の収縮/拡張速度が小さくなります。 ${\displaystyle \mathrm {d} t_{c}}$${\displaystyle \mathrm {d} t_{d}}$${\displaystyle \mathrm {d} t}$${\displaystyle T_{c}}$${\displaystyle T_{p}}$${\displaystyle S}$${\displaystyle S}$

シミュレーション結果のリアリティを向上させるために、環境光に小さなランダムな変化（0.05～0.3Hzの範囲）を加えることでヒップス効果を近似することができます。 ^[17]

• 瞳
• 瞳孔反応
• スリットランプ

• 瞳孔対光反射のアニメーション
• 米国国立医学図書館の医学件名標目(MeSH)における反射、+瞳孔
• さまざまな神経病変に対する瞳孔反応の変化を示す瞳孔検査シミュレーター。