KR20200016362A

KR20200016362A - 시신경 자극 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20200016362A
Application number: KR1020207000559A
Authority: KR
Inventors: 하메드 바마니; 마르쿠스 무스키니치; 크리스티안 로트너
Original assignee: 도파비전 게엠베하
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2020-02-14
Also published as: CN110913951A; JP2024069228A; CA3066647A1; CN110913951B; EP3634574A1; WO2018224671A1; EP4272715A3; EP3634574B1; SG11201911672UA; US20230248993A1; KR102617590B1; US11446514B2; CN116115909A; JP2020522363A; EP4272715A2; US20200108272A1; EP3634574C0

Abstract

사용자의 하나 이상의 눈(300)에 광을 인가하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 하나 이상의 눈(300) 내의 망막(320) 상의 시신경 원판(330)의 위치를 식별하는 단계(110)와, 시신경 원판(330) 상에 광을 선택적으로 적용하여 시신경 원판(330)을 자극하는 단계를 포함한다.

Description

시신경 자극 시스템 및 방법

본 출원은 룩셈부르크 특허출원 100280호 및 독일 특허출원 10 2017 112 694.5호에 대한 우선권을 주장하며, 그 모두는 2017년 6월 8일에 출원되었다. 이들 출원의 개시내용은 본원에 참고로 인용된다.

본 발명은 시신경 자극 시스템 및 방법에 관한 것이다.

24시간 광-암(light-dark: LD) 사이클은 지구 환경의 기본적인 특성이므로, 동물 및 인간의 행동 및 생리학에 대한 이러한 LD 사이클의 영향은 놀라운 것은 아니다. 인간에서의 대부분의 생화학적, 생리학적 및 행동 변수들은 이러한 리듬에 기초하여 변동하며, 이는 "일주기 리듬(circadian rhythm)"으로 지칭된다. 이러한 일주기 타이밍 시스템은 신체가 새벽과 해질녁의 시작을 예측하고 그에 따라 신체의 생리적 및 행동 시스템을 조정할 수 있게 한다. 이들 1일 리듬은 신체와 외부 환경 사이의 시간적 동기화를 유지하는 체내 시계뿐 아니라 시간에 따른 다양한 생리적 프로세스의 내부 조화에 의해 일시적으로 조직화되는 것으로 확립된다.

LD 사이클은 신체의 체내 시계를 동기화하는 주요 환경 요인이다. 일주기 리듬을 동반하는 자연 LD 사이클의 능력은 광에 대한 체내 시계의 응답에 기초한다.

우리의 눈은 LD 사이클을 신체의 일주기 리듬과 동기화하기 위한 그러한 광-암 시간 큐 신호(light-dark time cue signals)에 대한 가장 일반적인 입력이다. 망막에 의해 수신된 광은 뇌에 의해 추가로 처리되어 일주기 리듬을 동기화한다. 포유동물에서, 망막시상하부(retinohypothalamic tract: RHT)로 지칭되는 신경계는 망막으로부터 초박상성 핵(suprachiasmatic nuclei: SCN)으로 직접 광-암 환경에 대한 정보를 전달한다. SCN은 망막 신경절 세포(retinal ganglion cells: RGCs)로부터의 RHT를 통해 광으로부터 암으로의 전이를 나타내는 변환된 광-암 시간 큐를 수신하고, 다양한 시스템이 낮과 밤으로 동기되어 유지되는 것을 보장하도록 신체의 다양한 시스템으로 내분비 및 신경 경로를 통해 광-암 시간 큐 신호를 분배하는 시상하부 내의 세포의 클러스터이다. 이러한 경로가 파괴될 때, 신체의 나머지-활동 사이클은 LD 사이클에 동기화되지 못한다.

오프-위상 광 큐(off-phase light cue)는 정상적인 일주기 리듬을 방해할 수 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 생물학적 날에 해질녘까지 늦은 광에 대한 노출은 야행성 동물에서 활성의 개시를 지연시킬 것이고, 주행성 동물에서 비활성의 개시를 지연시킬 것이다. 생물학적 날의 이른 광 노출(새벽)은 주행성 종에서의 활동의 개시를 진행시키고, 야행성 종에서 수면의 개시를 진행할 것이다. 광의 이러한 위상-시프팅 효과는, 일주기 상(circadian phase)에 의존하는 광의 비-이미지 형성 효과이며, 인간을 포함한 동물의 행동의 시간적 조직에 중요한 역할을 한다(Dijk & ampoe Archer, "light, Sleep, and cillicadian Rhythms: Together Again", PLOS Biology, vol 7, issue 6, e000145, 2009년 6월).

신체의 많은 생리적 기능은 눈에 도달하는 광이 오프-위상(off-phase)일 때 영향을 받거나, 또는 바람직하지 않은 인공 광은 자연 LD 사이클을 파괴한다. 광 요법은 이러한 경우에 LD 사이클을 재동조시키는데 효과적인 것으로 나타났다. 광 요법(또한 광선 요법(phototherapy)이라고도 함)은 소정시간 동안 그리고 일부 경우에 특정 시간에 특정 스펙트럼 및/또는 특정 광 방사를 갖는 광, 일광 또는 인공 광에 대한 노출로 이루어진다.

원래, 과학자들은 일주기 리듬에 대한 광 효과뿐만 아니라 다른 비-화상 형성 효과가 시력을 매개하는 고전적인 광수용체에 의해 매개된다는 믿음을 유지하였다. 이러한 관점은 비-화상 형성 반응이 공지된 광수용체가 없는 마우스에서 입증될 때 제거되었다: 광이 여전히 유도된 일주기 위상-시프팅 반응 및 호르몬 멜라토닌이 억제되었다. 멜라토닌은 송과체(pineal gland)의 주요 호르몬이며, 많은 생물학적 기능, 특히 주야의 지속시간에 의해 제어되는 생리학적 기능의 타이밍을 매개한다. 멜라토닌의 광-유도 억제는 일부 시각장애인에게 지속되는 것으로 나타났다. 또한, 비-화상 형성 반응의 스펙트럼 감도가 인간의 시각 반응과 다른 데이터뿐만 아니라 증거는 이후 멜라놉신(melanopsin)으로 식별된 신규한 감광 시스템의 존재와 일치하였다.

광색소 멜라놉신은 사람 및 다른 동물의 내부 망막에서, 특히 본질적으로 감광성 망막 신경절 세포(intrinsically photosensitive retinal ganglion cells: ipRGCs)라 불리는 신경절 세포의 하위분류에서 발현된다. 멜라놉신은 청색광에 가장 민감하지만, 가시 스펙트럼에서 다른 파장의 광에도 민감하다. 이러한 비시각적 광 반응은 많은 비시각적 기능에서 일주기 동조(circadian entrainment)에 필수적이다. 이러한 비시각적 기능은 수면/기상 상태(멜라토닌 합성), 동공 광 반사, 인지 성능, 기분, 운동량, 기억, 체온 등을 포함한다. SCN을 통한 간접 ipRGCs 입력은 송과체 내의 멜라토닌 생성에 대한 광-민감성 억제를 조절한다. 유전자 Opn4가 결여된 마우스에서, 멜라놉신에 대한 코드, 위상 시프트, 동공 수축, 및 빛에 반응하여 활성의 급성 억제가 모두 감쇠된다. Opn4 유전자뿐만 아니라 간상체 및 추상체 합성은 모든 공지된 화상 형성 및 비-화상 형성 효과를 제거하여, 고전적 및 신규한 감광 시스템은 이들 반응에 기여함을 입증한다.

인간의 눈은 약 380 nm 내지 약 780 nm의 범위 내의 파장을 볼 수 있다. 이러한 가시광 스펙트럼 내에서, 일부 파장은 눈에 대한 급성 또는 누적 광-손상을 유도할 수 있는 반면, 다른 파장은 인간 생물학적 리듬을 동기화하기 위해 필요하다. 역사적으로, 광 처리는 주변 광 및/또는 전용 태스크 광(task light)을 거쳐 눈을 통해 적용되었다. 종래의 조명 시스템을 통해 치료를 제공하는 것은 제공된 광의 시각적 효과(예를 들어, 광의 이미지 형성 기능)와 제공된 광의 비시각적 효과(예를 들어, 일주기 리듬을 제어하는 비-이미지 형성 기능)를 분리하거나 구별하지 않는데, 그 이유는 생성된 모든 광이 눈에 의해 인지되기 때문이다.

이러한 치료에 사용되는 광 처리 및 장치의 사용을 논의하는 다수의 특허 문헌이 공지되어 있다. 예를 들어, 국제특허출원 WO 2016/162554 A1호는 광 관련 질환을 치료하는데 도움이 되도록 청구된 도파관을 통해 눈에 광을 방출하는 머리-장착형 디스플레이 장치를 개시하고 있다. 디스플레이 장치는 ipRGCs에 대한 최적 유효 파장에 따라 눈으로 방출되는 광의 파장을 조정하는 제어기 모듈을 갖는다. 그러나, 상기 장치는 비-화상 형성 수용체와 눈 내의 화상-형성 광 수용체 사이를 구별하는 방법을 포함하지 않는다.

국제특허출원 WO 2010/076706 A1호는 피험자에게 광 요법을 전달하기 위한 더욱 구체적인 접근법을 교시하고 있지만, 본 개시내용의 방법은 LD 사이클에서, 즉 수면 동안 또는 잠들기 직전에 특정 타임프레임으로 제한된다. 따라서, 개시된 실시예는 슬립 마스크(sleep mask)의 형태를 취한다.

국제특허출원 WO 2014/172641호(Iridex Corporation)는 표적 안구 조직의 온도 상승을 제한하기 위해 열 이완 시간 지연을 갖는 복수의 표적 위치에서 안구 조직에 일련의 단기간 광 펄스를 망막 수술 동안 전달하는 것을 교시한다. 이러한 특허 출원에는 시신경 원판을 타겟팅하기 위한 시스템에 대한 사용이 교시되어 있지 않다.

미국특허 US 5923398 A호는 주변 망막이 의식적인 시력에 덜 관여하여, 정상 시력을 덜 악화시킨다는 점을 이용하여, 비시각적 자극을 위한 대화형 광 필드에 의해 주변 광 요법을 도입함으로써 보다 실용적인 접근법을 개시하였다. 그러나, 그의 복잡한 설계에도 불구하고, 이러한 특허 문헌에 교시된 장치는 눈에서 시력-형성 수용체의 자극을 완전히 배제하지 않는다(간상체 및 추상체는 여전히 오프-축 광자 자극에 부딪친다).

인간의 시각 시스템을 치료하기 위한 장치 및 방법은 미국특허 US 2007/0182928호(Sabel, Novavision Inc.에 양도됨)로부터 공지되어 있다. 상기 방법은 인간의 시각 시스템으로 악화된 시력의 블라인드 존을 위치시키고 형성하는 단계와, 상기 블라인드 존 내에 주로 위치되는 치료 영역을 형성하는 단계와, 상기 인간의 시각 시스템에 시각적 자극을 제시함으로써 인간의 시각 시스템을 처리하는 단계를 포함한다. 시각 자극은 예를 들어 컴퓨터 스크린 상에 제공된다. 이러한 특허출원에 사용된 용어 "블라인드 존(blind zone)"은 용어 "맹점(blind spot)" 또는 "시신경 원판(optical disk)"과 동일하지 않으며, 상기 방법은 맹점에 대한 광의 선택적 적용을 포함하지 않는다는 것을 주목해야 한다.

마지막으로, 국제특허출원 WO 2016/145064 A1호는 안경을 사용하여 개인의 일주기 기능에 대한 조명을 제어하기 위한 시스템 및 방법을 개시하지만, 특허문헌들은 보통의 매일 의식적인 시력을 이용하여 광 요법의 간섭을 제거하는 방법을 교시하지 못한다.

본 개시내용은 시신경을 자극하기 위한 장치, 시스템 및 방법을 교시한다. 상기 장치는 하나 이상의 발광원, 하나 이상의 발광원으로부터 시신경으로 광을 전달 및/또는 굴절시키는 광학 시스템을 포함한다.

상기 장치는 사전 정의된 또는 개인화된 알고리즘 및 외부 파라미터 및/또는 생리적 파라미터로부터 데이터를 수집하는 센서로부터의 입력에 근거하여 광의 파장 및 강도뿐만 아니라, 자극의 시간적 및 공간적 패턴을 제어하기 위한 프로세서; 및 상기 시스템을 수용하고, 망막 타겟 영역을 타격하기 위해 광선의 교정을 위한 조정가능한 착용가능 프레임을 더 포함한다.

상기 방법은 감광성 망막 신경절 세포(ipRGCs)의 멜라놉신-함유 축색돌기(melanopsin-containing axon)가 수렴하는 시신경 원판 상에 광을 직접 비춤으로써 본질적으로 ipRGCs의 자극을 가능하게 한다.

상기 장치 및 방법은 약물 개입/부작용이 없고, 눈의 자연적인 시각적 기능에 간섭이 없고, 비가시광 자극, 망막의 화상-형성 영역에 유해하지 않고, 사용자의 주의 및 지각적 성능에 대한 절충이 없이 치료를 가능하게 한다.

본 개시내용의 일 관점에서, 사용자의 하나 이상의 눈에 광을 인가하기 위한 방법이 설명된다. 상기 방법은 하나 이상의 눈의 망막 상의 시신경 원판의 위치를 식별하는 단계, 및 시신경 원판을 자극하기 위해 시신경 원판에 광을 선택적으로 인가하는 단계를 포함한다. 시신경 원판 상으로의 광의 선택적인 인가는 강한 광이 망막의 다른 부분을 손상시키지 않고서 시신경 원판을 자극할 수 있게 한다.

광은 360 내지 540 nm 범위의 파장을 갖도록 선택된다. 본 발명의 다른 관점에서, 광은 480 +/- 40 nm 범위의 파장을 갖도록 선택된다.

상기 식별은 하나 이상의 눈의 망막에 인가된 자극 광에 사용자를 노출시키는 것과, 상기 자극 광의 인지를 모니터링하거나 또는 망막의 맵핑(mapping) 중 적어도 하나를 포함한다.

광을 생성하는 다양한 방법이 있다. 이는 LED 소스, 레이저 방출기 또는 디스플레이 장치 중 하나를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

또한, 상기 방법은 눈의 적어도 하나의 시야를 제한하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 사용자가 산만하지 않고 눈을 이동시키므로, 광이 망막의 다른 부분에 영향을 미치게 하도록 설계된다.

상기 방법은 하나 이상의 눈(300) 내의 동공의 위치 또는 상기 하나 이상의 눈의 시선 중 적어도 하나를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 광이 더 이상 시신경 원판을 향해 지향되지 않는 것으로 결정되면 광이 스위치 오프될 수 있게 한다.

또한, 상기 방법은 광의 조성을 적응시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 적응은 사용자에게 광을 적응시키는데 유용하다.

상기 방법은 근시(myopia) 치료와 같은 많은 용도를 갖는다.

또한, 본 개시내용은 상기 방법을 구현하기 위한 장치를 교시한다. 상기 장치는 상기 광을 방출하기 위한 발광원, 상기 하나 이상의 눈에서 망막 상의 시신경 원판의 위치를 식별하기 위한 식별자, 및 상기 시신경 원판에 상기 방출된 광을 선택적으로 적용하도록 구성된 광학 시스템을 포함한다. 상기 장치를 제어하기 위해 제어기가 제공될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 광학 시스템 및/또는 광 조성물을 적응시킬 것이다.

예를 들어, 식별자는 하나 이상의 눈의 망막을 맵핑하기 위한 장치일 수 있다.

본 개시내용의 관점에서, 상기 장치는 눈 추적 시스템, 하나 이상의 눈 내의 동공의 위치 또는 하나 이상의 눈의 시선 중 적어도 하나를 모니터링하기 위한 전위 측정 시스템(electrooculography system) 또는 안구 추적 시스템(electroretinography system)을 더 포함한다.

또한, 상기 장치는 발광원의 위치를 변경하기 위한 하나 이상의 기계적 또는 전기-광학적 액추에이터를 포함할 수 있다. 이는 눈 추적 시스템과 관련하여 광이 시신경 원판 쪽으로 향하게 되는 것을 보장하도록 작동한다. 유사하게, 상기 장치는 상기 광학 시스템이 하나 이상의 눈 내의 동공의 위치 또는 상기 하나 이상의 눈 중 하나의 시선 중 적어도 하나에 적응된다는 것을 더 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에서, 상기 광학 시스템은 방출된 광을 눈의 다른 부분에 선택적으로 적용하도록 추가로 구성될 수 있다. 이와 같이 방출된 광은 시신경 원판에 인가된 광과 동일한 광의 조합 또는 광의 상이한 조합을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 방법의 개요를 도시한다.
도 2는 본 개시내용에 사용되는 장치의 예를 도시한다.
도 3은 눈의 예를 도시한다.

정상 시력을 손상시키지 않고 인간과 같은 포유동물의 시신경 원판을 자극하는 광 치료 요법의 개요가 도 1에 도시되어 있다. 이 방법을 구현하는데 사용되는 장치 및 시스템이 도 2에 도시되어 있다.

도 3은 언급된 눈(300)의 생물학적 특징을 갖는 눈의 예를 도시한다. 눈(300)은 맹점(330) 또는 시신경 원판이 위치되는 망막(320)을 갖는 안구(310)를 갖는다. 망막(330)은, 망막(320) 상에 형성된 신호를 뇌로 전달하는 시신경(340)에 연결된다. 시신경 원판(330)은 시신경(340)의 진입 지점에서 망막(320) 상의 융기된 디스크이므로, 시각 수용체가 결여되어 있고 맹점을 생성하지 않는다.

단계(100)에서, 광원이 선택되고 설정된다. 광원 설정 단계(100)는 사용자의 신체의 내부 파라미터 또는 주위의 외부 파라미터에 근거하여 제어기 장치를 통해 광 자극의 최적 파장, 강도, 시간적 및 공간적 패턴에 대한 선택 프로세스이다. 광원 설정 단계(100)는 사전 정의된 세트의 파라미터 또는 개별화된 파라미터, 또는 주변 조명, 시간 등에 따라 광 특성의 선택을 선택하는 프로세스일 수 있다. 광원 설정 단계(100)는 인공 지능 알고리즘에 기초할 수 있거나 또는 눈(300) 및/또는 신체의 계산 모델을 채용할 수 있다.

단계(110)에서, 눈(300) 내의 시신경 원판(330) 상에 선택된 파장 또는 다른 가시광 파장에서 광을 비추는 것에 의해 눈의 맹점이 식별된다. 이러한 단계의 목적은 눈(300) 내의 망막(320)의 비-화상 형성 부분, 즉 시신경 원판(330)으로의 광의 비가시적 전달을 보장하는 것이다. 맹점 국부화는 눈의 기하학적 특성 및 사용자의 주관적인 보고에 기초한다. 비가시 광선 요법의 폐쇄-루프 제어는 전기 안구도 기록 시스템(electrooculography system) 또는 동공 모니터링에 의해 수행된다. 맹점 국부화는 장치 또는 사용자에 의해 수행되는 자동, 반자동 또는 수동 절차일 수 있다. 본 방법의 다른 관점에서, 시신경 원판(330)은 망막(320)을 맵핑함으로써 식별된다. 이러한 맵핑은 자동으로 또는 안과 의사에 의해 행해질 수 있다.

망막(320)의 맵핑에 의해 시신경 원판(330)의 식별을 가능하게 하는 시스템의 예는 비디오-기반 이미징 시스템(video-based imaging systems), 눈-추적 시스템(eye-tracking system), 퍼필로미터(pupilometers), 안저 이미징(fundus imaging), 레티노스코프(retinoscope) 및 검안경(ophthalmoscopes)을 포함한다.

단계(115)에서 시신경 원판에 광을 비추고, 단계(120)에서 멜라놉신 자극이 수행된다. 시신경 원판에 존재하는 ipRGVs의 축색돌기는 광에 의해 자극된다. ipRGVs는 멜라놉신, 일주기 리듬 동조와 같은 비-화상 형성 시각적 기능에 대한 광색소를 배타적으로 발현시키는 망막 신경절 세포의 서브세트이다. 상기 방법은 시신경 원판 상의 망막의 모든 ipRGVs의 시신경 형성 축색돌기를 자극하는 것을 목적으로 한다. 축색돌기/신경절 세포를 발현하는 멜라놉신의 자극은 단계(130)에서 망막 도파민의 방출을 자극한다. 발광에 의한 도파민의 방출은 단계(140)에서 뇌의 SCN에서 일주기 리듬 마스터 클록(Circadian rhythm master clock)에 의해 LD 사이클을 자극한다.

도 2는 본 개시내용에 사용되는 장치(1)의 예를 도시한다. 도시된 장치(1)는 단지 비한정적인 예인 것으로 이해될 것이다. 장치(1)는 본질적으로 안경 프레임(24), 브리지(26) 및 2개의 렌즈(25)를 포함하는 한 쌍의 안경류 또는 안경을 포함한다. 장치(1)는 케이블(44)(또는 무선 접속을 통해)에 의해 컴퓨터(42) 및 제어기(40)에 접속된다. 제어기(40)는 안경 프레임(42) 상에 장착될 수 있거나 별도의 유닛일 수 있다.

렌즈(25)는 전기 안구도(electrooculogram) 또는 망막 전위도 기록(electroretinography) 시스템을 위한 전극을 갖는다. 이는 좌측 렌즈(25) 상의 수직 전극(11) 및 양 렌즈(25) 상의 수평 전극(15)뿐만 아니라 브리지(26) 상의 기준 전극(14)으로서 도시되어 있다. 눈(300)이 평행하게 이동하기 때문에 단지 한 쌍의 수직 전극(11)만이 필요하다. 또한, 요소(13)는 브리지(26) 상에 장착된 다양한 센서를 나타낸다. 이들 센서는 주변 센서, 광 센서, ToF(time-of-flight camera), 거리 센서, 온도 센서, 카메라 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

렌즈(25)는 동공의 위치 및 시선을 확립하도록 그 위에 장착된 눈 추적 시스템(10)을 갖는다. 각각의 렌즈는 예를 들어 LED, 레이저 광 또는 디스플레이 상의 투사/생성일 수 있는 발광원(34)을 갖는다. LED로부터의 광은 청색 또는 다른 색 또는 색상의 혼합물일 수 있다. 이 혼합물은 순차적인 RGB 시리즈로서 신속하게 연속적으로 생성될 수 있거나, 또는 그 혼합물은 동시에 조합될 수 있다.

발광원(34)은 안경(1)으로부터 분리되는 것이 가능하다. 다른 발광원(34)의 비제한적인 예는 디지털 광 프로세싱, 레이저 빔 스티어링, 실리콘 상의 액정(LCoS), 마이크로스캐너, 가상 망막 디스플레이, 아이탭(EyetTap) 디바이스, 마이크로 또는 피코 프로젝터, 홀로그래피, 또는 광 필드를 포함한다. 이들 발광원은 헤드-업 디스플레이(HUD), 광학 헤드-장착 디스플레이(OHMD) 또는 심지어 안구 또는 시신경 원판 상의 이식가능한 광원으로서 통합될 수 있다.

광학 시스템(7)은, 후술하는 바와 같이, 발광원(34)으로부터의 광을 눈(300)의 시신경 원판(330) 상으로 지향시킨다. 광학 시스템(7)은 예를 들어 도파관을 포함하며, 다른 요소들을 포함할 수 있다. 광학 시스템(7)은, 필요한 경우, 발광원(34)의 위치를 이동시키기 위해 모터가 작동하는 이러한 예에서 레일 상에 장착된다. 광학 시스템(7) 및 레일(16)은 발광원(34)으로부터의 광이 눈(300) 내로 지향되고 상이한 사용자에 대해 용이하게 조정될 수 있게 한다는 것을 이해할 것이다. 광학 시스템(7)의 다른 예는 회절 장치, 프리즘, 홀로그래픽 장치, 편광 장치, 빔-분할 장치, 클리어-vu 장치, 스위칭 장치, 또는 미러 장치를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 미러 장치는 핀 미러(pin mirror) 또는 단면 미러(one-sided mirror)를 포함한다. 또한, 광 결합기를 갖는 빔 스플리터를 갖는 버드배스 장치(birdbath device)와 같은 결합된 장치를 사용하는 것도 가능하다.

또한, 바디 센서(17)는 안경 프레임(24)에 부착된다. 바디 센서(17)의 역할은 사용자의 온도, 심박수 및 다른 물리적 파라미터에 관한 파라미터를 측정하는 것이다. 그 정보는 제어기(40)에 전달되어 처리된다.

최근의 연구는 인간의 눈(300)의 맹점(330) 내부에 투사된 광이 동공 광 반응을 강화하는 것을 나타내며(Miyamoto 및 Mirakami, "Pupillary light reflex to light insider of the natural blind spot", Scientific Reports, 5:11862,DOI:20.1038/srep11862, 2015.06.), 이는 다른 시각 광수용체가 존재하지 않는 시신경 원판(330) 상에 광색소 멜라놉신의 존재를 입증했다. 올리브형 덮개앞핵(olivary pretectal nucleus)에 대한 ipRGCs 연결은 감광 동공 협착을 매개하는 것으로 알려져 있다(Dijk 및 Archer, "Light, Sleep and Circadian Rhythms: Togher Again", PLOS Biology,Vol.7,issue 6,e000145, 2009.06)

시신경 원판(330) 상에 화상-형성 수용체가 존재하지 않는다. 이에 따라, 시신경 원판(330) 상의 광의 투영은 정상적인 시각, 노려봄 또는 눈부심, 및 시각 처리의 외적 및 은밀한 주의 및 지각적 손상의 손상을 초래하지 않는다.

시신경 원판(330) 상으로의 광의 투영은 바람직하지 않은 동공 수축을 유발하지 않는데, 그 이유는 시신경 원판(330)를 단지 자극하는 것은 동공 수축을 트리거하기에 충분하지 않기 때문이다(Miyamoto 및 Mirakami, 2015).

한편, 시신경 원판(330) 상으로의 광의 투영으로 제한되지 않는 전체 눈(300)에 걸친 종래의 전체 눈 광 치료는 망막(320) 내의 광수용체에 비선택적으로 자극을 초래한다. 이러한 종래의 전체 눈 광 치료는 이미지 형성 경로를 통해 망막간 회로 및/또는 더 높은 피질 프로세스에 대해 알려지지 않은 영향을 유도하여, 의식적인 정보 처리 손상 및/또는 정신적 또는 정서 부작용, 예를 들어 수면 장애, 스트레스, 우울증 또는 불안증뿐만 아니라, 뇌의 오작동, 예컨대 발작, 간질 등을 야기할 수 있다.

최적의 광 처리를 수행하기 위해 환자에게 광 요법을 사용할 때 여러 자극 파라미터가 고려되어야만 한다. 이들 자극 파라미터는 광의 시간적 패턴, 광의 공간적 패턴, 강도, 지속기간, 광의 파장 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 전술한 방법에서의 광 자극의 강도, 파장, 공간적 특성 및 시간적 패턴은 환자에 의한 광 치료의 지각을 감소시키기 위해 조정되어야 하는 것으로 알려져 있다. 이는 예를 들어 국제특허출원 WO 2016162554 A1호에서 논의되어 있다.

본 개시내용의 방법은 시신경 원판(330) 상에 어떠한 시각적 광수용체도 유해되지 않기 때문에, 환자의 눈(300)으로 전달될 광의 강도 및 지속기간을 가능하게 한다. 더욱이, ipRGCs의 응답 프로파일은 망막(330) 내의 다른 유형의 광수용체(즉, 간상체 및 추상체)와 상이하다. 자극 광의 일시적 구조(플리커 주파수, 온/오프 패턴 등)는 환자의 필요에 따라 ipRGCs에 대해 최적화될 수 있다. 이러한 변화는 다른 광수용체의 반응 프로파일과 무관한데, 그 이유는 ipRGCs가 시신경 원판(330) 상의 유일한 광수용체이고, 광이 망막(320)의 다른 부분 상에 비추어지지 않기 때문이다.

전술한 자극 파라미터는 눈(300) 내의 시신경 원판(330)으로부터 망막(320)의 다른 영역으로의 광 산란을 방지하는 특정 임계치 이하의 총 파라미터 강도를 유지하도록 서로 독립적으로 조정될 수 있다. 이들 다른 영역은 이미지 형성 광색소를 포함하며, 자극 광의 시각적 지각을 야기한다.

시신경 원판(330) 상의 멜라놉신 수용체는 날카로운 청색 광 파장에 최적으로 민감한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 이러한 파장의 광은 효율적인 광요법 치료를 제공해야 한다. 청색광 위험과 같은 종래의 광 치료법보다 청색 광 파장을 사용하는 안전 문제가 더 적으며, 이는 광의 전달이 망막(즉, 간상체 및 추상체)을 통하지 않기 때문이다. 전술한 바와 같이, 시신경 원판(330) 상에는 간상체 및 추상체가 존재하지 않는다. 가시광 스펙트럼의 일부인 청색광은 종래의 전체-눈 자극 동안 눈(300)내로 더 깊게 도달하며, 그 누적 효과는 망막에 손상을 야기할 수 있다. 또한, 특정 파장에서, 청색 광은 연령-관련 황반 변성(age-related macular degeneration: AMD)의 발전에 관여한다.

상기 방법은 정상 수명의 일일 루틴에 적용될 수 있다. 바람직한 실시예에서 설명된 바와 같이, 시신경 원판(330)에 선택적으로 광을 방출하는 발광원(34)은 안경 프레임(24)에 수용될 수 있거나, 또는 환자의 현재 안경 프레임(24) 상에 추가될 수 있다. 이러한 방법을 수행하기 위해 Google glass Microsoft HoloLens, Magic Leap, Intel Vaunt 또는 Oculus Rift에 제한되지는 않지만, 가상현실 디바이스와 같은 추가적인 복잡한 안경류가 필요하지 않다. 따라서, 눈(300)의 정상적인 시각 기능은 손상되지 않으며, 천연적인 육안 시력이 보존된다. 유리하게, 자극은 피사체에 대한 광의 감각이 없는 밤 동안 적용될 수 있으며, 이는 어두운 시간 동안 광 치료를 필요로 하는 사람들에 적용가능한 방법을 가시광에 노출시키지 않고서 적용시킬 수 있다.

상기 방법은 시신경 원판(3300) 상에 이미지 형성 광수용체가 존재하지 않기 때문에, 가시 스펙트럼을 필터링하기 위해 (국제특허출원 WO 2016162554 A1호에 제안된 바와 같은) 광학 또는 색채 필터를 필요로 하지 않는다. 더욱이, 망막(320) 상의 시신경 원판(330)의 위치가 일정하고 자극이 보이지 않기 때문에, 자극에 덜 방해하도록 자극의 공간 구조를 변화시키기 위해 (국제특허출원 WO 2016/162554 A1호에 교시된 바와 같이) 광 요법 동안 요구되는 공간적 조정/제어가 존재하지 않는다. 시신경 원판(330) 내에 방출된 광을 시선 방향에 대해 유지하는 방법이 제공된다.

ipRGCs의 공간 밀도(망막 신경절 세포의 단지 1 내지 3%)는 간상 광수용체의 것보다 훨씬 낮다. ipRGCs에 의해 광자를 흡수하는 확률은 광자극의 주어진 망막 영역에 대해 1백만 배 이상이다. 따라서, 전체 망막 자극 방법을 갖는 일부 종래 기술의 방법은, ipRGCs가 간상체를 포함하는 상보적 광수용 프로세스로부터 추가적인 입력을 수신하는 것으로 가정한다. 다른 공지된 방법은 투과된 스펙트럼 범위를 460-520 nm로 확장함으로써의 ipRGCs의 직접 자극 및 500 nm 근처에서 피킹되는 유입 간상체 구동 신호에 의한 간접 자극을 모두 포함한다. 그러나, 이들 종래 기술의 방법은 광이 간상체를 통해 가시적일 것이라는 단점을 갖는다. 본 명세서에서 논의된 방법은 특히 임의의 다른 종류의 수용체의 부재 하에서 시신경 원판(330) 상의 모든 망막 신경절 세포(RGCs)의 축색돌기의 수렴점 상에서 모든 ipRGCs를 자극한다.

멜라놉신은 일주기 리듬을 조절하는 망막(320) 내의 주요 광수용체이다. 본 개시내용의 방법은 다른 위치 중에서 시신경 원판(330) 상의 ipRGCs의 축색돌기 상에 발현되는 멜라놉신을 표적화한다. 다른 유형의 광수용체 단백질(예를 들어, 로돕신)을 발현하는 RGCs는 (맹인에게 입증된 바와 같이) 일주기 시스템에 필요하지 않다. RGCs를 발현하는 비-멜라놉신을 자극하는 것은 일주기 마스터 클록에 간접적인 입력을 제공할 수 있다. 시신경 원판(330)의 자극은 최적의 비시각적 형성 자극에 대해 전술된 자극 파라미터의 최소 수를 조정하기 위해 시스템에 가장 높은 자유도를 제공하는 멜라놉신을 표적화하는 데 있어서 가장 높은 특이성을 제공한다.

자극된 시신경(340)은 RHT, 뇌에서 일주기 마스터 클록 센터로의 도로를 통해 SCN으로 광 신호를 직접 전송한다. 즉, 시스템은 이관 자극(ear canal stimulation)과 같은 덜 특이적인 경로 대신에 또는 다른 두개외 위치(extracranial positions)(예를 들어, WO 2015010920 A1호에 개시된 바와 같음)를 통해 안구적(그러나, 시각적이 아님) 자극을 제공한다.

시신경 원판(330) 자극은 안경 프레임(24)에 수용되는 발광원(34) 내에 발광 다이오드(LEDs)의 하나 또는 배열 혹은 그와 유사한 것을 통한다. 이는 광 가이드 튜브와 같은 광학 시스템에 의해 눈(300)에 대한 광의 방향의 정밀한 제어를 가능하게 한다. 광 가이드 튜브는 망막(320) 상의 시신경 원판(330)에 대한 광의 배타적 전달을 보장한다.

다른 관점에서, 자극 패턴은 맹점에 대응하는 디스플레이의 영역 상에서 디스플레이(예를 들어, TV, 모니터, 스크린, 가상현실(VR) 고글(예를 들어, 디스플레이로부터의 광이 눈 내의 다수의 초점면을 타격할 수 있게 하는 광-필드 기술을 포함함), 증강현실(AR) 고글, 혼합현실(MR) 고글, 빔형성기, 사물 인터넷(IoT) 디바이스, 스마트 홈 어플라이언스, 스마트 조명 시스템, 인테리어 설계 구성, 자동차 내부 디스플레이 또는 윈드실드 등)의 파장, 휘도 및 다른 파라미터의 변화에 의해 눈으로 응시 불확정 방식으로 제공된다. 시선 방향은 눈 추적 시스템(원격 또는 이동)과 함께 온라인으로 측정되고, 자극 패턴의 공간 위치는 눈(300)의 위치에 따라 변화한다. 자극 패턴은 특정 시간 및 공간 패턴으로 특정 파장을 전달하도록 최적화될 수 있다. 시각적 시스템의 지각적 필링-인(filling-in) 프로세스는 시신경 원판(330) 상에 떨어지는 시각적 입력의 부재를 보간하기 때문에, 패턴은 디스플레이로부터의 시각적 입력의 전체적인 지각에 영향을 미치지 않는다. 이러한 실시예는 환자가 컴퓨터 모니터 전방에서 작업 시간을 소비하거나 TV 등을 시청하는 애플리케이션에 이상적이다.

또 다른 관점에서, 발광원(34)은 안경 프레임(24) 상의 렌즈(25)로서 강한 근시 제어 렌즈와 결합된다. 근시 제어 렌즈는 근시를 제어하기 위한 강력한 도구이다. 근시 제어 렌즈는 중심 시력을 투명하게 유지하면서 주변부에서 큰 긍정적인 보정을 제공한다. 주변 시력에서의 강한 번짐은 환자가 눈(300)을 (핀홀과 같은) 중심에 유지하게 하는데, 이는 결과적으로 시선 역학을 제한하여 광 자극이 시신경 원판(330) 내에 남아 있게 한다.

또 다른 관점에서, 광 가이드 튜브는 시신경 원판(330)을 타격하기 위해 안경 프레임(24) 상의 발광원(34) 내의 LED로부터의 광을 안내하는 핀홀(pinhole)이다. 인간 눈(300) 내의 시신경 원판(330)은 망막 중심와(315)에 대해 횡방향으로 약 15 시각적 각도에서 비교적 큰 크기의 5-7 시각적 각도를 갖는 맹점에 대응한다. 이러한 실시예에서, 시선 역학이 제한되고 핀홀은 광 요법이 맹점 내에서 보이지 않게 유지되는 것을 보장한다. 이러한 실시예에서, 사용자는 모니터 또는 TV 시청과 같은 일상적인 정적 시나리오에서 안경 프레임을 사용해야 한다. 핀홀이 주변 시야를 허용하지 않기 때문에, 과도한 눈 움직임은 자연적으로 제한되어, 필요한 경우 시선 움직임은 머리 움직임으로 이동한다. 시신경 원판(330)의 위치는 사용자의 머리가 눈(300) 대신에 이동하면서 발광원(34)에 대해 일정하게 유지된다.

광은 편광되어 안경 렌즈(252) 상의 편광 필터를 통해 방출될 수 있다. 이는 광이 항상 눈(300)에 수직으로 도달하는 것을 보장한다. 발광원(34)이 환자의 눈(300)의 위치 및 시신경 원판(330)의 위치에 대한 안경 프레임(24)의 위치에 따라서 위치되어 교정된다면, 광은 시신경 원판(330)을 넘어 망막 광수용체에 도달하지 않는다.

또 다른 관점에서, 전기 안구도(electrooculogram: EOG) 또는 망막 전기 측정 전극은 전술한 바와 같이 안경 프레임(24) 및 안경 다리에 수용된다. EOG는 시선 방향을 신호하고, 눈(300)의 위치에 따라 발광원(34)의 자동 온/오프 스위칭을 가능하게 한다. 눈이 발광원(34)에 대해 직선을 바라보고 있을 때, 자극 패턴은 시신경 원판(330) 상에 떨어진다. 눈(300)이 중심에서 벗어나 보고 있을 때, 패턴은 망막(320)의 다른 감광 부분 상에 떨어지지 않도록 스위치 오프된다(미국특허 US 20040070729호 참조).

광 스위치의 제어 시스템 및 EOG 시스템은, EOG 시스템의 주파수 한계뿐만 아니라 자극의 필요한 시간적 특성을 고려하여, 피검체가 언제라도 광을 보지 않도록 발광원(34)의 정확한 스위칭 시간을 보장한다.

발광원(34)은 유리하게는 안경(20)의 형태로 수용된다. 1회 교정 절차는 시신경 원판(3300)을 자극하기 위해 발광원(34)의 정확한 위치를 허용한다. 교정은 시신경 원판(330) 상의 위치 및 크기를 공간적으로 정렬함으로써 환자에게 보이지 않는 테스트 광을 만들기 위해 환자의 주관적인 가이드를 포함한다. 다른 교정 절차에서, 눈 추적 시스템은 눈(300)의 3D 모델과 함께 시선 방향 및 시신경 원판(330)의 상대 위치를 망막 중심와 고정에 측정함으로써 착용자의 안경 프레임(24) 상의 발광원(34)의 제1 설치를 안내한다. 어느 교정 절차에서, 각각의 눈(300)의 중심에 대한 발광원(34)의 상대 위치는 안경 프레임(24) 상에 설치된 자유롭게 이동하는 레일 시스템 상에서 조정가능하다.

또 다른 실시예에서, 발광원(34)은 눈 위치 및 시선 방향에 따라 위치 및/또는 방향을 적응적으로 변경할 수 있다. 이러한 시나리오에서, 광은 눈(300)에 연속적으로 조사될 수 있고, 시신경 원판(330) 내부에 항상 남아 있을 수 있다. 이는 더 긴 노출 시간을 위한 연속 방출 모드에 유용하다.

제어기는 예를 들어 눈(300)의 전방에 특정 방출 파장을 갖는 환자에 대한 개인화된 광 치료를 제공하도록 구성된다. 이에 따라, 자극 광의 패턴은 예를 들어 간질 환자에 대해 변화될 수 있다. 제어기는 시간적 패턴, 강도, 파장, 공간적 패턴, 광의 지속시간 등을 부분적으로 변화시킬 수 있다. 제어기는 환경광 레벨, 시간 등과 같은 외부 파라미터에 따라 자극 패턴을 제어할 수 있다. 이는 생리적 요인, 심박수, 온도, 동공 크기, 눈꺼풀 위치 등과 같은 내부 파라미터에 따라 자극 패턴을 제어할 수 있다. 이는 연령, 크기, 성별 등과 같은 개인화된 정보에 따라 자극 패턴을 제어할 수 있다. 제어기는 안경 프레임(24)의 바디 및 다리에 수용된다.

또한, 홍채에서뿐만 아니라 망막에서 멜라놉신 시그널링이 존재한다는 것이 공지되어 있다(Xuc 등, Melanopsin signaling in mammalian iris and retina ", Nature,vol.479,67-73,3 2011.11, DOI:10.1038/Nature10567). 본 문헌의 방법 및 장치는 동공의 위치 및 후속적으로 홍채를 식별하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 유사하거나 상이한 조성의 광과 함께 홍채를 자극할 뿐만 아니라 시신경 원판을 자극할 수 있다. 또한, 홍채의 자극은 홍채에 이미지 형성 광수용체가 없기 때문에 보이지 않을 것이다.

상기 방법 및 시스템의 또 다른 관점에서, 시신경 원판의 자극과 관련하여 필요하다면 망막의 다른 부분에 광을 비추는 것도 가능하다. 멜라놉신 수용체는 쌍안정 거동을 발현한다는 것이 밝혀졌다(Mure 등, "Melanopsin Bistability: A Fly's Eye Technology in the Human retina", POS One, vol 4, issue 4, e5991, 2009.06). 따라서, 망막에 적색광을 비추는 것은 청색광에 대한 멜라놉신 수용체의 반응을 향상시킬 수 있다. 망막에 대한 보라색 및 자외선 광의 서브-가시적인 강도는 근시와 같은 본 명세서에서 설명된 장치의 예시적인 적용에서 설명된 바와 같이 원하는 효과를 가질 수 있는 것으로 생각된다.

예

근시

본 방법 및 시스템은 근시 예방 및/또는 감소에 사용될 수 있다. 안구(310)가 눈(300)의 각막 및 렌즈의 포커싱 파워에 비해 너무 길 때 근시가 발생한다는 것은 공지되어 있다. 안구(310)의 이러한 추가적인 길이는 망막(320)의 표면 바로 위에보다는 망막(320)의 전방에 광선을 집중시킨다. 적응된 광 요법은 도파민의 생산 사이클에 긍정적으로 작용함으로써 근시 발병의 위험을 감소시킨다. 도파민은 광 적응과 관련된 망막 신경전달기이다. 도파민은 눈 길이 및 근시에 영향을 미친다. 최근의 연구는 도파민성 세포가 본질적으로 감광성 망막 신경절 세포에 연결되어 있으며, 이는 약 480 nm에서 크로노바이오로직 청색광에 의해 조절된다는 것을 보여준다. 이러한 특정 광은 내인성 도파민 생성을 활성화시키는 반면, 이러한 광(스펙트럼 및/또는 광 수준)의 결여는 도파민 생성을 억제할 수 있는 것으로 고려된다. 그 억제는 장기적으로 눈의 신장에 기여할 수 있다. 또 다른 정보를 위해, 근시, 광 및 일주기 리듬을 참조(Phillips 등, "Myopia, Light and Circadian Rhythms", Ophthalmology, Edited by Rumelt, 2012. 03). 또한, CN 1432348 A를 참조.

파단된 LD 사이클은 근시 눈으로 이어질 수 있다. 이는 어린이가 충분히 외부에 있지 않고 자연 태양광을 받는 도시에서 널리 만연된다. 최근 연구는 보라색 광(360-400 nm 파장)이 근시 진행을 억제한다는 것을 보여주었다(Torii 등, "Violet light Exposure Can Be a Preventive Strategy Against Myopis Progession", EBioMedecine,15(2017)210-219) 또한 근시 예방 장치에 대한 PCT/JP2015/065997호 참조). 광 스펙트럼의 이러한 부분은 일반적으로 UV 보호의 사용으로 인해 산업화된 세계로부터 배제된다. 그러나, 단파장 광 노출은 수십 년 동안 연구 주제였으며, 광-산화 및 망막 변성을 유도하는 것으로 밝혀졌다(Schaeffel 및 Smith, "Inhibiting Myopia by (nearly) invisible light", EBioMedecine, 16(2017)27-28,DOI:10.1016/j.ebiom.2017.01.016). 따라서, 시신경 원판(330)의 짧은 파장 자극은, 광이 망막(320)을 타격하지 않고, 간상체 및 추상체를 갖지 않는 시신경 원판(330)만을 타격하기 때문에, 안전 문제에 대해 유리하다.

한편, 장파장 광(650 nm, 적색)은 레서스 원숭이 및 나무두더지에서 눈 성장의 강한 억제제로서 작용하는 것으로 밝혀진 한편, 그 반대는 닭에서 발견되었다. 근시 연구에서 다른 파장 연구는 멜라토닌의 내인성 생성 및 조절에 주로 관여하는 밝은 청색-녹색 광을 포함한다.

또 다른 연구에서는, 자연적인 조건 하에서, 저녁 및 이른 생물학적 야간에서의 녹색 광이 효과적일 수 있거나, 일부 시나리오에서, 청색 광보다 더 효과적일 수 있고, 녹색 광의 상대적 효과가 밤에 걸쳐 감소하여, 청색 광이 늦은 밤 및 이른 아침 시간에서 일주기 반응에 영향을 미치기 위한 녹색 광보다 상대적으로 더 효과적이라는 것을 나타내었다. 따라서, 자극의 타이밍은 자극 파장에 부가하여 관련된다. 본 개시내용의 방법 및 장치는 내인성 및 외인성 생물학적 리듬에 따른 자극의 강도, 지속기간, 및 정밀한 타이밍뿐만 아니라, 광 파장의 독립적인 조정을 가능하게 한다. 또한, (일정하지 않은 것과 대조적으로) 플리커가 도파민 생산에 더 좋을 수 있다. 현재의 방법 및 시스템은 자극의 시간적 패턴과 관련하여 어떠한 제약도 갖지 않는다.

또한, 망막에 도달하는 광의 필터링(예를 들어, 적색광 필터링)과 맹점 광 요법을 결합하는 것은 점진적인 근시를 최소화하거나 방지할 수 있다.

또한, 망막(320)에서보다 다른 곳에서 생성된 도파민이 근시 예방 효과를 가질 수 있다는 증거가 있다. L-Dopa는 도파민 농도를 증가시키는 약물이고, 이러한 약물은 환자가 빛을 받을 때 발생하는 근시 이동을 억제하는 것으로 나타났다. 이는 도파민 수준의 증가가 도파민이 눈(300)을 통한 광 자극을 통해 생성되는지에 관계없이 근시의 진행을 억제할 수 있음을 나타낸다. 따라서, 도파민을 생성하기 위한 시신경 원판(330)의 광 자극은 약리학적 개입 부작용 없이 근시에 대한 유사하게 긍정적인 효과를 가질 수 있다.

연구자들은 매일 2 내지 3시간을 추천한다. 한편, 광은 잘못된 시간(일주기 리듬과 동기되지 않음)에서 제공되는 경우 근시에 대해 악화될 수 있다. 아동이 도파민-강화 광 처리를 필요로 하는 경우 근시를 방지하는 것을 돕기 위해 문제가 발생할 수 있지만, 이는 올바른 시간에 치료를 행하거나, 반대로 사정이 나쁠 때 치료를 행하지 않는 것에 의존할 수 없다. 본 방법 및 장치는 언제 어디서나 눈에 보이지 않는 광 치료를 가능하게 하는 반면, 환자는 자극 및/또는 타이밍을 제어할 필요가 없다.

수면

정상적인 조건 하에서, 일주기 리듬성, 수면, 및 광-암 사이클 사이에 안정한 상 관계가 존재한다. 자연 조건 하에서 살고 있는 동물에서, 동조된 광-암 사이클에 대한 정상적인 상으로부터의 수면 및 일주기 리듬의 결합해제는 거의 발생하지 않는다. 그러나, 인간은 일상적으로 짧은 시간 주기(즉, 타임 존을 가로지르는 급속한 이동에 따름, "제트 래그(jet lag)" 증후군이라 함) 또는 긴 시간 주기(즉, "시프트 작업자"에서 발생하는 바와 같이) 동안 수면-기상 및 광-암 사이클을 일상적으로 방해한다. 인간의 비-화상 형성 반응에 대한 광의 영향은 광 자체의 유형(예를 들어, 백열, 형광, LED 등)보다는 광의 상관 색온도(CCT)에 의존한다. 일주기 분열 및 멜라토닌 억제를 방지하는 것은 야간 이동 작업자의 CCT의 실질적인 변화가 노출될 것을 요구할 수 있다. 비록 멜라토닌 및 다른 일주기 리듬을 보호하는데 효과적이지만, 이들 방법의 실제적인 유용성은 짧은 파장의 광의 완전한 부재가 다른 결점 중에 일부 야간 작업자 또는 외과의에 대한 안전성 문제를 나타내는 명암 및 예민함을 감소시킬 수 있음에 따라 제한될 수 있다. 본 방법 및 장치는 일주기 리듬을 그의 자연 사이클로 맞추기 위해 이러한 변경에 대한 대안으로서 사용될 수 있다. 잠재적인 용도는 시프트 작업자에 의한 사용, 여행자, 일주기 리듬에 대한 시간 주기 동안 인공 광원에 노출된 개인, 일주기 리듬을 정규화하기 위한 개인 등을 포함한다.

시각적 이미지의 지각에 영향을 미치는 것과 더불어, 광은 중앙 일주기 클록을 포함하는 뇌의 구조에 신호를 전송함으로써 생리학의 시간적 리듬 및 거동을 조정한다. 이들 신호는 부분적으로 멜라놉신에 의해 매개되며, 광색소는 망막에서 발견된다. 광은 이러한 비시각적 경로를 통해 뇌에 영향을 미치며, 과학자들은 근래에 이러한 비시각적 효과가 얼마나 편재하는지를 구현하기 시작하였다. 장착 증거는 수면 동안의 수면 및 뇌 활동뿐만 아니라, 수평 지속시간 및 수면 손실에 대한 항상성 응답의 효과가 멜라놉신 및 일주기 시간 모두에 의존한다는 점을 지원한다(Dijk & Archer, 2009). 본 발명의 방법 및 장치는 시신경 원판 광 요법을 통해 도파민 방출 및 멜라토닌 조절을 자극함으로써, 수면 장애 및/또는 제트 래그 문제 및/또는 시프트 작업자의 웰빙을 개선하는데 사용될 수 있다.

다른 적용

본 문헌의 방법 및 장치는 일주기성 리듬 수면 장애, 수면 장애, 동공 확장, 지연 및 진전된 수면상 증후군, 기분 장애와 같은 수명학적 장애, 우울증 또는 피로, 산후 우울증, 암 위험성, 호르몬 장애, 경보 장애 및 인지 성능, 식욕 및 비만, 기억 장애, 심리운동 장애, 체온 비조절, 월경 장애, 간질과 같은 계절성 정서 장애를 겪고 있는 환자의 치료를 위한 치료에 사용될 수 있다. 본 장치 및 방법은 예를 들어 작업 환경에서 증가된 수준의 인간 경보 및 성능을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 본 시스템 및 방법은 편두통, 불안, 강박 장애(OCD), 및 알코올 및 니코틴 중독과 같은 다양한 다른 질환을 치료하는데 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법 및 시스템은 생물학적 클록이 양호한 청색/멜라토닌 분비 관계를 통해 동기화되는 것을 돕기 위해 부적절한 조명 조건(특정 순간에 유익한 파랑의 부족)을 보상할 수 있다. 일주기 리듬은 다양한 조직 유형에서 수면/기상 사이클, 공급 시간, 기분, 경보, 인지 기능, 세포 증식 및 유전자 발현을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 다양한 생리학적 기능에서 관찰될 수 있다. 다양한 조직 및 세포 유형은 다른 것들 중에서 간, 신장 및 췌장과 같은 독립적으로 진동하는 세포 클록을 함유하며, 이들의 "클록 유전자"의 일주기 발현을 통해 자율적으로 기능할 수 있지만, 이는 보통 중앙 SCN 클록에 의해 변조되고 동기화된다.

광 치료는 본질적으로 신체 내의 멜라토닌의 양을 조절한다. 시험관내 및 동물 연구에서 보인 멜라토닌의 종양학적 효과의 증거는 종양 억제 및 인간 유방암 및 전립선암을 포함하는 암세포의 증식에 대한 보호를 제안한다. 낮은 수준의 ㅇ야간성 멜라토닌 방출은 유방암, 전립선암, 2형 당뇨병, 대사 증후군, 인슐린 내성, 당뇨병성 망막병증, 황반변성, 고혈압, 관상동맥 질환, 울혈성 심부전, 우울증, 불안증, 편두통 및 기타 생명을 위협하거나 쇠약화시키는 조건과 연관될 수 있다. 최근, 멜라토닌이 질병에 대한 보호를 부여할 수 있고, 멜라토닌의 낮은 수준이 광범위한 질환 및 만성 질환과 관련된다는 인식이 증가하고 있다. 이러한 관계의 범위는 잠재적으로 멀리 도달할 수 있고, 암, 고혈압 및 관상 동맥 질환과 같은 심혈관 질환, 인슐린 저항성 및 II형 당뇨병과 같은 대사 장애, 헌팅톤병, 다발성 경화증을 포함할 수 있다. 알츠하이머병, 편두통, 및 우울증 및 불안증과 같은 정신의학적 장애, 예컨대 암과 같은 일부 질환에서, 멜라토닌 수준과 질병 위험의 역 선형 관계가 나타나서, 더 낮은 멜라토닌 수준이 질병 위험의 상당한 증가와 관련된다. 또한, 이러한 관계에 대한 명확한 "임계치"가 존재하지 않는데, 이는 야간에 광 노출로 인한 내인성 멜라토닌의 손실이 상대적으로 증가된 질병 위험과 연관된다는 것을 암시한다. 이러한 이유로, 일주기 분열을 최소화할 필요가 있을 수 있고, 멜라토닌과 같은 신경내분비 리듬을 보호할 필요가 있을 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 개시된 방법에 따른 장치는 간질로 고통받는 피험자의 치료를 위한 치료에 사용될 수 있다. 최근의 연구는 일부 형태의 간질 및 우울증이 양방향 조건이라는 것을 암시하며, 이는 광 요법이 간질을 갖는 일부 사람들에 대한 효과적인 치료일 수 있음을 시사한다. 내인성 멜라토닌 생성은 측두엽 간질을 갖는 환자에 대한 발작 임계치에 영향을 미치는 것으로 보인다. 또한, 밝은 청색-녹색 광은 주로 멜라토닌의 내인성 생성 및 조절에 관여한다. 따라서, 우리는 밝은 청색-녹색 광이 발작 임계치의 변조에서 어느 정도 수반된다는 것을 가정할 수 있다. 측두엽 간질을 겪는 사람을 위해, 발작 주파수에서 계절적인 피크 중 일부를 평활하게 하는 것을 도울 수 있다.

1: 장치
7: 광학 시스템
10: 눈 추적 시스템
11: 수직 전극
13: 센서
14: 기준 전극
15: 수평 전극
16: 레일
17: 바디 센서
24: 안경 프레임
25: 렌즈
26: 브리지
34: 발광원
40: 제어기
42: 컴퓨터
44: 케이블
300: 눈
310: 안구
315: 안와
320: 망막
330: 맹점 또는 시신경 원판
340: 시신경

Claims

사용자의 하나 이상의 눈(300)에 광을 인가하는 방법에 있어서,
상기 하나 이상의 눈(300) 내의 망막(320) 상에 시신경 원판(330)의 위치를 식별하는 단계(110); 및
상기 시신경 원판(330)을 자극하도록 상기 시신경 원판(330) 상에 상기 광을 선택적으로 인가하는 단계(115)
를 포함하는,
방법.
제1항에 있어서,
상기 광은 360 내지 540 nm 범위의 파장을 갖도록 선택되는,
방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 식별 단계(110)는, 상기 하나 이상의 눈(300)의 망막(320) 상에 인가된 자극 광에 사용자를 노출시키는 단계와, 상기 자극 광의 인지 또는 상기 망막(320)의 맵핑을 모니터링하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는,
방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광은 LED 소스, 레이저 방출기 또는 디스플레이 장치 중 하나로부터 방출되는,
방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 눈(300) 중 적어도 하나의 시야(field of vision)을 제한하는 단계를 더 포함하는,
방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 눈(300) 내의 동공의 위치 또는 상기 하나 이상의 눈(300)의 시선 중 적어도 하나를 모니터링하는 단계를 더 포함하는,
방법.
제6항에 있어서,
상기 광의 조성을 적응시키는 단계를 더 포함하는,
방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 눈(300)의 다른 부분 상에 상기 광을 선택적으로 인가하는 단계를 더 포함하는,
방법.
근시를 치료하기 위한 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법의 용도.
사용자의 하나 이상의 눈(300)에 광을 선택적으로 인가하기 위한 장치에 있어서,
상기 광을 방출하기 위한 광원(34);
상기 하나 이상의 눈(300) 내의 망막(320) 상의 시신경 원판(330)의 위치를 식별하기 위한 식별기; 및
상기 시신경 원판(330) 상에 방출된 광을 선택적으로 인가하도록 구성된 광학 시스템
을 포함하는,
장치.
제10항에 있어서,
시야 제한 장치를 더 포함하는,
장치.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 광은 360 내지 540 nm 범위의 파장을 갖도록 선택되는,
장치.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 식별기는 상기 하나 이상의 눈(300)의 망막(330)을 맵핑하기 위한 장치를 포함하는,
장치.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광원(34)은 LED 광원, 레이저 방출기 또는 디스플레이 장치 중 하나인,
장치.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 눈(300) 내의 동공의 위치 또는 상기 하나 이상의 눈(300)의 시선 위치 중 적어도 하나를 모니터링하기 위한 눈 추적 시스템 또는 전자사진 시스템을 더 포함하는,
장치.
제15항에 있어서,
상기 발광원(34)은 상기 광의 조성을 변경하도록 구성되는,
장치.
제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 시스템은 방출된 광을 상기 하나 이상의 눈(300)의 다른 부분에 추가로 인가하는,
장치.
제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광원(34)의 위치를 변경하기 위한 하나 이상의 액추에이터를 더 포함하는,
장치.
제10항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 시스템은 상기 하나 이상의 눈(300) 내의 동공의 위치 또는 상기 하나 이상의 눈(300) 중 하나의 시선 중 적어도 하나에 적응되는,
장치.