The retinal response to dynamic changes in image spatial and temporal properties using selective experimental stimulation and myopia control devices

Abstract

The scientific community’s interest in understanding the retinal mechanisms of defocus has increased as myopia has become a hot research topic in vision research. The retina’s electrical activity can be recorded through different clinical electrophysiological techniques. Several methods for compensation and management of myopia progression have shown promising results in decreasing the rate of eye growth in children. Contact lenses with positive peripheral power or alternating power changes are used for myopia management. However, the mechanisms by which the retina detects, processes and responds to the defocus imposed by those devices are not yet well understood. The main objective of the series of experiments conducted in this thesis was to evaluate the retinal response to changes in the spatial and temporal characteristics of the image, such as defocus and optical quality. All procedures were carried out at CEORLab (University of Minho). The results showed that the electrophysiology apparatus and the different methodologies for assessing the retina’s electrical activity are sensitive to distinct characteristics of the image, such as spatial frequency, stimulus orientation, changes in defocus and optical quality. In eyes with keratoconus, using a scleral lens to mask the corneal irregularities helps to rule out the optical distortion produced by the ectasia as a confounding factor for evaluating the retinal health of those patients. The blind spot stimulation with blue light of a specific wavelength produced an increase in the retinal response of myopic eyes, and a possible retrograde feedback mechanism from the inner to the outer retinal layers is hypothesized; this increase was dependent on the temporal dose of blind spot stimulation. Different contact lenses for myopia management changed the retinal response in different ways and in different retinal layers and geographical locations. The parafovea seems to play an important role in detecting and processing myopic peripheral defocus induced by those contact lenses. In the last part of the study, it is suggested that, similar to blue light stimulation of the optic nerve, there might be a retrograde feedback mechanism of the retina in response to the defocus produced by the contact lenses of radial power gradient designed for myopia management. It is also proposed that there should be a relationship between the retinal function and the structural changes in the choroid produced by defocus induction. Electrophysiological techniques are suitable to advance further in this potential connection.

O interesse da comunidade científica nos mecanismos de resposta da retina ao desfocado aumentou à medida que a miopia se tornou um dos maiores tópicos na investigação da visão. A resposta eléctrica da retina pode ser obtida através de diferentes técnicas de eletrofisiologia. Vários métodos de compensação e gestão da progressão da miopia têm mostrado resultados promissores na diminuição da taxa de crescimento ocular em crianças. Lentes de contacto (LC) com potência periférica positiva ou zonas alternantes de potência são uma das abordagens utilizadas no controlo da progressão da miopia. No entanto, os mecanismos pelos quais a retina deteta, processa e responde ao desfocado induzido por estes dispositivos não é ainda conhecido. O objetivo principal desta série de trabalhos foi analisar a resposta da retina a alterações de características espaciais e temporais da imagem, como o desfocado e a qualidade ótica. Todos os trabalhos foram realizados no CEORLab (Universidade do Minho). Os resultados mostraram que o sistema de eletrofisiologia e as diferentes metodologias para avaliar a atividade elétrica da retina são sensíveis a diferentes características da imagem, tais como a frequência espacial, orientação do estímulo, alterações de desfocado e de qualidade ótica. Em casos de queratocone, a utilização de lentes esclerais para compensação das irregularidades, poderá ajudar a descartar as distorções óticas produzidas pela ectasia como factor de confusão na avaliação da funcionalidade da retina. A estimulação do nervo ótico com luz azul de comprimento de onda específico, produziu um aumento da resposta retiniana de olhos míopes, e revelou a possibilidade de um mecanismo de feedback retrógrado das camadas internas para as camadas mais externas da retina; este aumento foi dependente da dose temporal de estimulação. Diferentes LC para a gestão da miopia alteraram a resposta da retina de formas distintas, em diferentes camadas e localizações geográficas da retina. A parafóvea aparenta ter um papel importante na deteção e processamento do desfocado miópico periférico produzido por estas LC. Os resultados do penúltimo capítulo sugerem que, tal como a estimulação do nervo ótico com luz azul, existe um mecanismo de feeback retrógrado na retina em resposta ao desfocado produzido por LC de gradiente radial de potência, desenhadas para a gestão da miopia. Propõem-se, também, que deverá existir uma relação entre a funcionalidade da retina e as alterações estruturais na coróide produzidas pela indução de desfocado. As técnicas de eletrofisiologia são adequadas para avançar mais nesta potencial ligação.