동공 빛 반사

3. 신경 경로

동공 빛 반사는 빛 자극에 대한 동공의 수축 및 이완 반응으로, 홍채의 근육 조절을 통해 이루어진다. 이러한 동공 빛 반사의 신경 경로는 크게 구심성 경로와 원심성 경로, 그리고 교감 신경계로 나눌 수 있다. 구심성 경로는 시신경(뇌신경 II)을 통해 빛 정보를 전달하고, 원심성 경로는 눈돌림신경(뇌신경 III)을 통해 홍채 근육을 조절한다.

동공 빛 반사에는 네 가지 유형이 있다.

시개전핵에서 나온 축삭은 동안신경 부핵(에딩거-웨스트팔 핵)에 연결되고, 이 축삭들은 좌우의 동안신경으로 이어진다.

3. 1. 구심성 경로

3. 2. 원심성 경로

3. 3. 교감 신경계

4. 임상적 의의

4. 1. 정상 반응

4. 2. 비정상 반응

• 왼쪽 시신경 손상 (예: 망막과 시신경 교차 사이의 왼쪽 시신경 절단):
• 왼쪽 직접 반사 소실: 왼쪽 눈에 빛을 비춰도 두 동공 모두 수축하지 않는다.
• 오른쪽 협동 반사 소실: 왼쪽 눈에 빛을 비춰도 두 동공 모두 수축하지 않는다.
• 오른쪽 직접 반사 온전: 오른쪽 동공의 직접적인 빛 반사는 정상이다.
• 왼쪽 협동 반사 온전: 왼쪽 동공의 협동 빛 반사는 정상이다.
• 왼쪽 동안신경 손상 (예: 신경 절단, 염증/감염, 종괴 병변):
• 왼쪽 직접 반사 소실: 왼쪽 눈에 빛을 비춰도 왼쪽 동공이 수축하지 않는다.
• 오른쪽 협동 반사 온전: 왼쪽 눈에 빛을 비추면 오른쪽 동공이 수축한다.
• 오른쪽 직접 반사 온전: 오른쪽 눈에 빛을 비추면 오른쪽 동공이 수축한다.
• 왼쪽 협동 반사 소실: 오른쪽 눈에 빛을 비춰도 왼쪽 동공이 수축하지 않는다.

5. 인지적 영향

빛에 대한 동공 반응은 순전히 반사적인 것이 아니라, 주의력, 인지, 그리고 시각적 입력을 해석하는 방식과 같은 인지적 요인에 의해 조절된다. 예를 들어, 밝은 자극이 한쪽 눈에 제시되고 어두운 자극이 다른 쪽 눈에 제시되면, 지각은 두 눈 사이에서 번갈아 나타난다(즉, 양안 경쟁). 때로는 어두운 자극이 지각되고, 때로는 밝은 자극이 지각되지만, 동시에 두 자극이 모두 지각되지는 않는다. 이 기술을 사용하여 밝은 자극이 인식을 지배할 때 동공이 어두운 자극이 인식을 지배할 때보다 더 작다는 것이 밝혀졌다.^[7][8] 이는 동공 빛 반사가 시각적 인식에 의해 조절됨을 보여준다. 이와 유사하게, 시각적 입력이 동일하더라도 밝은 자극에 (즉, 보지 않고) 은밀하게 주의를 기울일 때 동공이 수축하는 것으로 나타났다.^[9][10][11] 또한, 주의를 분산시키는 프로브 이후의 동공 빛 반사의 크기는 프로브가 시각적 주의를 얼마나 사로잡고 작업 수행을 방해하는지와 강하게 상관관계가 있다.^[12] 이는 동공 빛 반사가 시각적 주의력과 시행별 시각적 주의력의 변화에 의해 조절됨을 보여준다. 마지막으로, 주관적으로 밝게 인식되는 사진(예: 태양 사진)은 두 이미지의 객관적인 밝기가 동일하더라도 덜 밝게 인식되는 이미지(예: 실내 장면 사진)보다 더 강한 동공 수축을 유발한다.^[13][14] 이는 동공 빛 반사가 객관적인 밝기와 반대로 주관적인 밝기에 의해 조절됨을 보여준다.

6. 수학적 모델

동공 빛 반사는 주변 환경의 밝기에 따라 동공 지름이 변하는 것을 설명하는 생리학적 모델이다. 이는 비선형 지연 미분 방정식으로 표현된다.^[15]

:$\backslash begin\{align\}$

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{align}

여기서 $D$는 밀리미터(mm) 단위의 동공 지름, $\backslash Phi(t\; -\; \backslash tau)$는 특정 시점에 망막에 도달하는 광도(루멘/mm²)와 동공 면적(mm²)의 곱, $\backslash tau$는 동공 잠복기(광 펄스가 망막에 도달한 후 홍채 반응이 시작될 때까지의 시간 지연)이다. $\backslash mathrm\{d\}M$, $\backslash mathrm\{d\}D$, $\backslash mathrm\{d\}t$는 각각 함수 $M$, 동공 지름 $D$, 시간 $t$의 도함수이다.

동공 수축 속도는 확장 속도보다 약 3배 빠르므로,^[16] 수치 해석 시뮬레이션에서는 서로 다른 단계 크기를 사용해야 한다.

:$\backslash begin\{align\}$

\mathrm{d}t_{c} &= \frac{T_c - T_p}{S} \\

\mathrm{d}t_{d} &= \frac{T_c - T_p}{3S}

\end{align}

여기서 $\backslash mathrm\{d\}t\_c$와 $\backslash mathrm\{d\}t\_d$는 각각 수축 및 팽창에 대한 $\backslash mathrm\{d\}t$ (밀리초 단위), $T\_c$와 $T\_p$는 각각 현재 및 이전 시뮬레이션 시간(밀리초 단위), $S$는 개인에 따라 다른, 수축/팽창 속도에 영향을 미치는 상수이다. $S$ 값이 높을수록 시뮬레이션 시간 간격이 작아져 동공 수축/팽창 속도가 느려진다.

히푸스 효과를 반영하기 위해, 환경 빛에 작은 무작위 변동(0.05–0.3 Hz 범위)을 추가하여 시뮬레이션의 현실감을 높일 수 있다.^[17]

참조

_[1] 서적 Neuroscience. 4th ed. Sinauer Associates
_[2] 간행물 Eyeing up the Future of the Pupillary Light Reflex in Neurodiagnostics
_[3] 서적 Adler's Physiology of the Eye https://books.google[...] Elsevier Health Sciences
_[4] 논문 "Ocular autonomic nervous system: An update from anatomy to physiological functions."
_[5] 서적 StatPearls StatPearls
_[6] 간행물 Understanding the effects of mild traumatic brain injury on the pupillary light reflex
_[7] 간행물 Ort und Wesen der Bildhemmung bei Schielenden
_[8] 간행물 Perceptual rivalry: Reflexes reveal the gradual nature of visual awareness
_[9] 간행물 Attention to bright surfaces enhances the pupillary light reflex
_[10] 간행물 The pupillary response to light reflects the focus of covert visual attention
_[11] 간행물 The pupillary light response reflects exogenous attention and inhibition of return
_[12] 간행물 Pupil size and social vigilance in rhesus macaques
_[13] 간행물 Pupil constrictions to photographs of the sun
_[14] 간행물 Bright illusions reduce the eye's pupil
_[15] 간행물 Photorealistic models for pupil light reflex and iridal pattern deformation https://lume.ufrgs.b[...] 2009-08-01
_[16] 간행물 The pupillary light reflex in normal subjects
_[17] 간행물 Stability, Oscillations, and Noise in the Human Pupil Servomechanism. 1963-08
_[18] 서적 Neuroscience. 4th ed. Sinauer Associates
_[19] 논문 Photorealistic models for pupil light reflex and iridal pattern deformation
_[20] 간행물 The pupillary light reflex in normal subjects
_[21] 논문 Stability, Oscillations, and Noise in the Human Pupil Servomechanism
_[22] 웹사이트 Cranial Nerve III—Oculomotor Nerve http://www.med.yale.[...] 2008-07-27
_[23] 서적 A Dictionary of Psychology Oxford University Press, USA
_[24] 웹사이트 옛 대한의협 의학용어 사전 https://www.kmle.co.[...]
_[25] 서적 Neuroscience. 4th ed. Sinauer Associates