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科研圈 2021-11-29

三分钟就能提高视力的新方法,DIY 就能做到

图片来源:Pixabay

撰文 武大可

编辑 魏潇

随着年龄的增长,我们的视觉功能会自然退化,对长期面对屏幕的现代人来说更是如此。导致近视、散光等视力问题的屈光不正已经拥有了多种矫正手段,但这并不能保证清晰的视觉伴随我们终生——除了角膜和晶状体等的屈光功能外,视网膜上感光细胞对颜色的识别也是影响视力的重要因素,而感光细胞的衰老和失活,是难以逆转的

随着近些年相关研究的增多,科学家们发现适量的近红外光(near-infrared, NIR)暴露能够减缓感光细胞的衰老。相关的技术和疗法也浮出水面——只是有些复杂和昂贵。不过,英国伦敦大学学院(University College London, UCL)的研究团队 11 月 24 日发表在《科学报告》(Scientific Reports)上的一篇论文显示,只需早晨暴露于 670 nm 的红光中 3 分钟,视锥细胞功能衰退导致的色觉下降就能得到显著改善。这项研究使用的设备成本只不过 100 元,或许很快就能走进寻常百姓家。

年龄增长,色觉下降

我们常说," 年纪大了,眼神不好了,戴上眼镜也看不清东西了 ",这是因为感光细胞的功能随着年龄增长而退化了。人眼的视网膜上有两种感光细胞:视锥细胞和视杆细胞。在明亮的环境下,视锥细胞的感光能力较好,而在昏暗的环境下,我们主要依靠视杆细胞

视锥细胞虽然只能在高光照下工作,但有着一项视杆细胞不具有的重要能力——感知颜色。人眼中有三种视锥细胞:S 型、M 型和 L 型。三种视锥细胞分别对不同波长的光产生响应,共同确定我们看到东西的颜色

视锥细胞。图片来源:Silicon Prophet - Own work, CC BY-SA 3.0

早在 1993 年,视杆细胞的脆弱性就已被发现。当时的研究者们对 27 岁至 90 岁的人群的感光细胞进行了计数,发现年龄越大,视杆细胞的密度就越低。与年轻人相比,90 岁老人的视杆细胞密度下降幅度最高可达 30%。由于视杆细胞主要在低光照条件下工作,其密度的下降能够解释黑暗环境下视觉随年龄增长的自然衰退。但研究还发现,视锥细胞的密度不会随衰老出现显著变化,因此高光照条件下的视觉衰退原因仍是个谜。当时的研究者猜测,高光照下的视觉退化也有可能出自(视杆细胞的)感光问题。

如果这一猜测正确:视杆细胞的功能退化影响了高光照下的视觉,而视锥细胞的功能没有发生变化,那么随年龄升高而受损的视觉能力应当主要是对光强的感知,而不是完全由视锥细胞支配的色觉。

但 2011 年的一项研究向这一猜测提出了质疑:视锥细胞真的没有衰退吗?这项研究将 50 名七旬老人的视网膜电图(electroretinogram,ERG)与健康成年人的进行了比较,发现老年人的 ERG 对相同颜色变化的响应信号强度明显低于年轻人,信号振幅减小了 25%~40%,说明老年人对色差的敏感程度的确降低了

在之后的几年,科学家开始研究衰老过程中,视锥细胞在密度没有改变的情况下,是否发生了功能变化。2019 年的一项研究证实,平均 75 岁老人的视锥细胞吸收的光子数量仅为 26 岁年轻人的 1/4,产生的神经信号噪声却是年轻人的 1.9 倍,处理效率也低于年轻人。即使视锥细胞没有减少,它的活性也会随着时间流逝而丢失,最终导致视网膜对光和颜色的感知能力下降。

放下身段的近红外疗法

过往研究发现,与年龄相关的线粒体 DNA 突变累积是导致视锥细胞活性下降的元凶。从 40 岁左右开始,视锥细胞中线粒体的三磷酸腺苷(adenos triphosphate,ATP)产量就会下降,活性氧的产生量上升,导致氧化应激和炎症等反应开始出现,影响视锥细胞活性。

2014 年的一项研究发现,670 nm 的红光照射能够缓解这一系列问题。670 nm 波长的光能够被细胞色素 c 氧化酶(cytochrome c oxidase,COX)吸收。COX 是参与线粒体呼吸过程的关键成分,能够改善线粒体膜电位,减轻与年龄相关的视网膜炎症。在将老年小鼠暴露在 670 nm 光照后,研究者观察到了 COX 的增加和丙烯醛的减少——后者标志着视网膜氧化应激的减少。

基于这一发现,NIR 治疗开始得到了学界关注。UCL 的同一团队就曾在 2020 年证实了 670 nm 光照对改善老年人色觉的有效性。但目前的相关疗法大多持续使用的光生物调节疗法设备售价高达 2 万多美元——对希望改善视觉的老年人来说,这笔开销未免太过昂贵。于是他们开始寻找,是否存在一些手段,能让人们花更少的钱和更少的时间就能从 NIR 治疗中收益呢?

11 月 24 日发表的这项新研究可能带来了希望。研究者招募了 20 名 34~70 岁的受试者,发现只要在清晨暴露于 670 nm 的红光 3 分钟,受试者对色差的敏感度就可获得提升。研究数据显示,用作色觉指标的 tritan 对比度阈值在受试者接受治疗后下降了 17%,意味着经过治疗的人能够对更为接近的颜色作出区分。这一治疗在年长群体上甚至达到了更好的效果,让 50 岁以上受试者的 tritan 阈值下降了 20%,这样的提升保持了一个星期之久——如果在下午进行同样的红光暴露,则不会有任何改善发生。研究者称,只需每周接受一次这样的治疗,就足以保护视锥细胞,显著延缓老化

论文的第一作者,UCL 眼科研究所的 Glen Jeffery 教授还表示,波长跨越 650 nm 至 900 nm 的光都能够改善视锥细胞的线粒体状况,增加 ATP 产生,因此简单的 LED 设备就能够完成治疗,并不需要使用激光等复杂设备。研究制造的 LED 治疗设备成本甚至仅为 12 英镑(约 100 元人民币)——虽然成本低廉,相貌平平,但或许真的能够造福千万深受视觉衰退困扰的人。

Jeffery 教授为朋友制作了治疗眼灯。来源:Glen Jeffery 博文截图

Jeffery 教授在论文发表前已经为他的朋友们 " 私人定制 " 了一些 " 同款眼灯 ",还在个人博客上做了介绍。制作这样一款眼灯只需要一副旧眼镜、一个红色 LED 灯条、几个连接器和一块 12 V 电源,十分简便。他还打趣地写到 " 这玩意肯定拿不到时尚大奖 "。

Jeffery 教授还将同款眼灯 DIY 的材料获得途径、制作方式和使用指南都发布在了个人博客,要不要一起来动手试试看?

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