Pupillenforschung

Die Pupille regelt den Lichteinfall auf die Netzhaut und ist ausschließlich vegetativ gesteuert. Untersuchungen und Aufzeichnungen des Pupillenverhaltens geben nicht nur objektiv Aufschluss über Funktionen der Netzhaut und Sehbahn, sondern auch über das zentralnervöse Aktivierungsniveau, Emotion und Kognition. Seit 2012 wird die Forschungsgruppe von der Egon Schumacher-Stiftung unbefristet finanziell unterstützt, einer privaten Stiftung ohne kommerziellen Hintergrund. Ziel der Förderung ist die Retina Implant-nahe Forschung, vor allem die Entwicklung von Biomarkern, die den individuellen Implantationserfolg vorhersagen können.

Kontakt

Leitung

frontend.sr-only_#{element.contextual_1.children.icon}: Prof. Dr. Bärbel Wilhelm


E-Mail-Adresse: barbara.wilhelm@stz-eyetrial.de


frontend.sr-only_#{element.contextual_1.children.icon}: Prof. Dr. Helmut Wilhelm


E-Mail-Adresse: helmut.wilhelm@med.uni-tuebingen.de


Forschungsprojekte/Studien

Forschungsprojekte/Studien

In dieser ersten Gentherapiestudie am Auge in Deutschland (Teil des RD-Cure-Projekts www.rd-cure.de; Vektor: rAAV.hCNGA3) und für die CNGA3-bedingte Achromatopsie weltweit, wird die Farbreiz-Pupillographie als objektiver Marker der Therapiewirksamkeit eingesetzt. Es wurde ein krankheitsspezifisches Protokoll anhand dieser Patientengruppe entwickelt und ins Studienprotokoll aufgenommen. Die Methode zeigt in der klinischen Phase I/II-Studie ihre Anwendbarkeit.

RD-Cure

Publikationen:

  • Lisowska J, Lisowski L, Kelbsch C, Maeda F, Richter P, Kohl S, Zobor D, Strasser T, Stingl K, Zrenner E, Peters T, Wilhelm H, Fischer MD, Wilhelm B; RD-CURE Consortium. Development of a Chromatic Pupillography Protocol for the First Gene Therapy Trial in Patients With CNGA3-Linked Achromatopsia. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2017 Feb 1;58(2):1274-1282. doi: 10.1167/iovs.16-20505. PMID: 28241315.
  • Fischer MD, Michalakis S, Wilhelm B, Zobor D, Muehlfriedel R, Kohl S, Weisschuh N, Ochakovski GA, Klein R, Schoen C, Sothilingam V, Garcia-Garrido M, Kuehlewein L, Kahle N, Werner A, Dauletbekov D, Paquet-Durand F, Tsang S, Martus P, Peters T, Seeliger M, Bartz-Schmidt KU, Ueffing M, Zrenner E, Biel M, Wissinger B. Safety and Vision Outcomes of Subretinal Gene Therapy Targeting Cone Photoreceptors in Achromatopsia: A Nonrandomized Controlled Trial. JAMA Ophthalmol. 2020 Jun 1;138(6):643-651. doi: 10.1001/jamaophthalmol.2020.1032. PMID: 32352493; PMCID: PMC7193523.

Für eine Gentherapiestudie bei PDE6A-bedingter Retinitis Pigmentosa haben wir unter Mitwirkung der Patienten einer laufenden Beobachtungsstudie zum natürlichen Verlauf ein krankheitsspezifisches Protokoll der Farbreiz-Pupillographie entwickelt und geprüft. Dieses Protokoll ist in der Phase I/II-Studie als Biomarker für die Wirksamkeit der subretinalen Therapie mit rAAV.hPDE6A vorgesehen.

Publikation:

  • Wilhelm B. Pupillographie in der Entwicklung von ophthalmologischen Gentherapien. Der Augenspiegel 02/2022: 39-39.

Electrically and light-induced objective pupillary responses and simultaneous brain activity (ELIOPASBA)

Im Mittelpunkt der Studien des Eliopasba-Projekts steht die Messung von Pupillenreflexantworten - ausgelöst durch transkorneale elektrische Stimulation – bei gesunden Probanden und Patienten mit Retinitis Pigmentosa sowie anderen erblichen Netzhauterkrankungen. Ziel ist die Identifizierung von besonders geeigneten Reizparametern zur selektiven Aktivierung von unterschiedlichen Nervenzellen der Netzhaut.

Publikationen:

  • Kelbsch C, Jalligampala A, Strasser T, Richter P, Stingl K, Braun C, Rathbun DL, Zrenner E, Wilhelm H, Wilhelm B, Peters T, Stingl K. Phosphene perception and pupillary responses to sinusoidal electrostimulation - For an objective measurement of retinal function. Exp Eye Res. 2018 Nov;176:210-218. doi: 10.1016/j.exer.2018.07.010. Epub 2018 Jul 10. PMID:   30003883
  • Jung R, Kelbsch C, Wilhelm H, Wilhelm B, Strasser T, Peters T, Kempf M, Kortüm F, Pohl L, Stingl K, Stingl K. Cell-specific electrical stimulation of human retinal neurons assessed by pupillary response dynamics in vivo. Exp Eye Res. 2022 Sep;222:109185. doi: 10.1016/j.exer.2022.109185. Epub 2022 Jul 16. PMID: 35850172.
  • Jung R, Kempf M, Pohl L, Kortüm F, Reith M, Kelbsch C, Kohl S, Wilhelm H, Wilhelm B, Stingl K, Stingl K. Frequency-dependent retinal responsiveness to sinusoidal electrical stimulation in achromatopsia. Exp Eye Res. 2023 Jan;226:109349. doi: 10.1016/j.exer.2022.109349. Epub 2022 Dec 11. PMID: 36516904.

Wir prüfen den Einfluss von farbigem Licht auf den Augeninnendruck in einer Studie an gesunden Probanden und Patienten mit okulärer Hypertension und Glaukom.

Zur Beurteilung der lokalen Funktion der Netzhaut und des neuronalen Netzwerks werden Pupillenreaktionen auf farbige Lichtreize an unterschiedlichen Orten des Gesichtsfeldes gemessen. Messungen von Patienten mit Netzhaut- oder Sehnervenerkrankungen werden mit Gesunden verglichen.

Publikationen:

  • Stingl K, Peters T, Strasser T, Kelbsch C, Richter P, Wilhelm H, Wilhelm B. Pupillographic campimetry: an objective method to measure the visual field. Biomed Tech (Berl). 2018 Nov 27;63(6):729-734. doi: 10.1515/bmt-2017-0029.PMID:    29369809
  • Kelbsch C, Stingl K, Kempf M, Strasser T, Jung R, Kuehlewein L, Wilhelm H, Peters T, Wilhelm B, Stingl K. Objective Measurement of Local Rod and Cone Function Using Gaze-Controlled Chromatic Pupil Campimetry in Healthy Subjects. Transl Vis Sci Technol. 2019 Nov 20;8(6):19. doi: 10.1167/tvst.8.6.19. PMID: 31788348; PMCID: PMC6871544.
  • Stingl K, Kempf M, Bartz-Schmidt KU, Dimopoulos S, Reichel F, Jung R, Kelbsch C, Kohl S, Kortüm FC, Nasser F, Peters T, Wilhelm B, Wissinger B, Wozar F, Zrenner E, Fischer MD, Stingl K. Spatial and temporal resolution of the photoreceptors rescue dynamics after treatment with voretigene neparvovec. Br J Ophthalmol. 2022 Jun;106(6):831-838. doi: 10.1136/bjophthalmol-2020-318286. Epub 2021 Jan 20. PMID: 33472769; PMCID: PMC9132865.
  • Kelbsch C, Stingl K, Jung R, Kempf M, Richter P, Strasser T, Peters T, Wilhelm B, Wilhelm H, Tonagel F. How lesions at different locations along the visual pathway influence pupillary reactions to chromatic stimuli. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2022 May;260(5):1675-1685. doi: 10.1007/s00417-021-05513-5. Epub 2021 Dec 13. PMID: 34902059; PMCID: PMC9007757.
  • Stingl K, Hoyng C, Kempf M, Kohl S, Jung R, Righetti G, Kühlewein L, Pohl L, Kortüm F, Kelbsch C, Wilhelm B, Peters T, Stingl K; SORAPRAZAN consortium. Evaluation of Local Rod and Cone Function in Stargardt Disease. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2022 Mar 2;63(3):6. doi: 10.1167/iovs.63.3.6. PMID: 35262734; PMCID: PMC8934563.
  • Kelbsch C, Lange J, Wilhelm H, Wilhelm B, Peters T, Kempf M, Kuehlewein L, Stingl K. Chromatic Pupil Campimetry Reveals Functional Defects in Exudative Age-Related Macular Degeneration with Differences Related to Disease Activity. Transl Vis Sci Technol. 2020 May 11;9(6):5. doi: 10.1167/tvst.9.6.5. PMID: 32821502; PMCID: PMC7409006.
  • Sonntag A, Kelbsch C, Jung R, Wilhelm H, Strasser T, Peters T, Stingl K, Wilhelm B. Effect of central and peripheral cone- and rod-specific stimulation on the pupillary light reflex. Int Ophthalmol. 2022 May;42(5):1427-1436. doi: 10.1007/s10792-021-02132-1. Epub 2021 Nov 26. PMID: 34826023; PMCID: PMC9123028.
  • Kelbsch C, Jendritza R, Strasser T, Tonagel F, Richter P, Jung R, Peters T, Wilhelm H, Wilhelm B, Stingl K. Central retina plays a decisive role in the suppression of pupillary escape. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2023 Jan 16. doi: 10.1007/s00417-022-05959-1. Epub ahead of print. PMID: 36645454.

Ziel dieses Projektes ist die Erstellung einer großen Normdatenbank an gesunden erwachsenen Kontrollpersonen für Pupillenreaktionen auf spezielle Stimulationsprotokolle zur selektiven Reizung von Zapfen oder Stäbchen der menschlichen Netzhaut. Diese Analyse ist einerseits von Bedeutung um unterschiedliche Einflussparameter auf den Pupillenlichtreflex zu untersuchen und insbesondere um Befunde von Patienten besser einordnen und mit denen von Augengesunden gleichen Alters vergleichen zu können.

Schwarz weiß Zeichnung von einem Auge

Methodenentwicklung

Methodenentwicklung der Tübinger Arbeitsgruppe Pupillenforschung

Mit dieser Langzeitaufzeichnung (11 Minuten) des Pupillendurchmessers unter standardisierten Bedingungen und quantitativer Analyse nutzt man den direkten Zusammenhang der spontanen Pupillenoszillationen in Dunkelheit mit dem Wachheit steuernden sympathischen Locus Coeruleus zu einer objektiven Messung der zentralnervösen Aktivierung. Der PST wurde von Prof. Barbara Wilhelm und Prof. Helmut Wilhelm in den 90er Jahren entwickelt, patentiert, zur Serie gebracht und in die Routine der Schlafmedizin und Schlafforschung eingeführt. Wir führen kontinuierlich wissenschaftliche Studien mit dem PST durch. 

Publikation:

  • von Lukowicz H, Poets CF, Peters T, Wilhelm B, Schlarb A, Urschitz MS. Validity of the Pupillographic Sleepiness Test for the diagnosis of daytime sleepiness in children and adolescents and its relationship to sleepiness-associated outcomes. Sleep Med. 2021 Jul;83:145-150. doi: 10.1016/j.sleep.2021.04.030. Epub 2021 Apr 28. PMID: 34015717.

Auf einem Bildschirm werden Lichtreize an unterschiedlichen Orten des Gesichtsfelds präsentiert und mittels einer Infrarotvideokamera die Pupillenweite kontinuierlich aufgezeichnet. Durch Wahl der Größe, Intensität und Farbe der Lichtreize sowie unterschiedlicher Adaptationszustände der Netzhaut können unterschiedliche Zellen der Netzhaut aktiviert werden. Dies erlaubt eine Aussage über die lokale Funktion von Zapfen und Stäbchen der Netzhaut, was auch bei der Evaluation neuartiger Therapiekonzepte eingesetzt wird. Sowohl Hardware als auch die Software des Campimetrie-Prototypen sind Entwicklungen unserer Arbeitsgruppe. Das Gerät findet Anwendung in mehreren wissenschaftlichen Studien unserer Klinik.

Publikationen:

siehe unter Chromatische Pupillen-Campimetrie CPC bei erblichen Netzhautdegenerationen und neuroophthalmologischen Erkrankungen

Aufbauend auf dem Pupillographen der Firma AmTech haben wir einen Ganzfeld-Stimulator sowie eine externe Stimulationseinheit ergänzt, sodass eine großflächige Reizung der Netzhaut mit farbigem Licht enger Wellenlängenbandbreite möglich ist.

Publikationen:

  • Kelbsch CB, Maeda F, Strasser T, Peters TM, Wilhelm BJC, Wilhelm HM. Color Pupillography in Dorsal Midbrain Syndrome. J Neuroophthalmol. 2017 Sep;37(3):247-252. doi:10.1097/WNO.0000000000000527. PMID:     28708670
  • Kelbsch C, Maeda F, Lisowska J, Lisowski L, Strasser T, Stingl K, Wilhelm B, Wilhelm H, Peters T. Analysis of retinal function using chromatic pupillography in retinitis pigmentosa and the relationship to electrically evoked phosphene thresholds. Acta Ophthalmol. 2017 Jun;95(4):e261-e269. doi: 10.1111/aos.13259. Epub 2016 Sep 29. PMID: 27683070.
  • Maeda F, Kelbsch C, Straßer T, Skorkovská K, Peters T, Wilhelm B, Wilhelm H. Chromatic pupillography in hemianopia patients with homonymous visual field defects. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2017 Sep;255(9):1837-1842. doi: 10.1007/s00417-017-3721-y. Epub 2017 Jun 30. PMID:    28687871
  • Kelbsch C, Maeda F, Strasser T, Blumenstock G, Wilhelm B, Wilhelm H, Peters T. Pupillary responses driven by ipRGCs and classical photoreceptors are impaired in glaucoma. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2016 Jul;254(7):1361-70. doi: 10.1007/s00417-016-3351-9. Epub 2016 Apr 21. PMID: 27099948.
  • Richter P, Wilhelm H, Peters T, Luedtke H, Kurtenbach A, Jaegle H, Wilhelm B. The diagnostic accuracy of chromatic pupillary light responses in diseases of the outer and inner retina. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2017 Mar;255(3):519-527. doi: 10.1007/s00417-016-3496-6. Epub 2016 Oct 26. PMID: 27785596.
  • Stingl KT, Kuehlewein L, Weisschuh N, Biskup S, Cremers FPM, Khan MI, Kelbsch C, Peters T, Ueffing M, Wilhelm B, Zrenner E, Stingl K. Chromatic Full-Field Stimulus Threshold and Pupillography as Functional Markers for Late-Stage, Early-Onset Retinitis Pigmentosa Caused by CRB1 Mutations. Transl Vis Sci Technol. 2019 Dec 20;8(6):45. doi: 10.1167/tvst.8.6.45. PMID: 31879567; PMCID: PMC6927735.

Automatisierter Swinging-Flashlight-Test mittels binokularer Pupillographie und exakter quantitativer Auswertung.

Publikationen

Übersichtspublikationen zur Pupillenuntersuchung / Pupillographie

  • Kelbsch C, Strasser T, Chen Y, Feigl B, Gamlin PD, Kardon R, Peters T, Roecklein KA, Steinhauer SR, Szabadi E, Zele AJ, Wilhelm H, Wilhelm BJ. Standards in Pupillography. Front Neurol. 2019 Feb 22;10:129. doi: 10.3389/fneur.2019.00129. Erratum in: Front Neurol. 2019 Mar 27;10:371. PMID: 30853933; PMCID: PMC6395400.
  • Wilhelm H, Kelbsch C. Efferente Pupillenstörungen: Anisokorie und gestörte Lichtreaktion [Efferent pupillary defects: Anisocoria and impaired light reaction]. Ophthalmologe. 2017 Jan;114(1):79-90. German. doi: 10.1007/s00347-016-0420-8. PMID: 28070646.

Siehe auch

Zertifikate und Verbände