Electroretinographic examinations of the crew members of the 8-month international experiment SIRIUS 20/21

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Before and after the 8-month international experiment SIRIUS 20/21, a complex of electrophysiological testing of the visual system was performed, including registration of standard photopic electroretinograms (ERG), flicker ERG response on flickering with a frequency of 8.3, 10, 12 and 24 Hz, photopic negative response, and pattern-ERG. The aim of the work was an objective assessment of changes in the functional activity of retinal neurons in ground station crew members associated with long-term isolation and the influence of a complex of stress factors. The results obtained indicate a moderate activation of the bioelectrical activity of photoreceptors and bipolar cells and a slight decrease in the function of retinal ganglion cells after isolation experiment. The revealed changes may reflect the adaptation of the visual sensory system of the testers to physical and psycho-emotional stress in the experimental conditions. Further study of the specifics of changes in electroretinographic markers with a longer duration of the experiment is necessary to expand the understanding of stress resistance and adaptation of the visual system during prolonged exposure to extreme environmental conditions.

About the authors

V. V. Neroev

Helmholtz Medical Research Center of Eye Diseases

Email: visionlab@yandex.ru
Russia, 105062, Moscow, St. Sadovaya-Chernogryazskaya, 14/19

I. V. Tsapenko

Helmholtz Medical Research Center of Eye Diseases

Email: visionlab@yandex.ru
Russia, 105062, Moscow, St. Sadovaya-Chernogryazskaya, 14/19

V. I. Kotelin

Helmholtz Medical Research Center of Eye Diseases

Email: visionlab@yandex.ru
Russia, 105062, Moscow, St. Sadovaya-Chernogryazskaya, 14/19

M. V. Zueva

Helmholtz Medical Research Center of Eye Diseases

Author for correspondence.
Email: visionlab@yandex.ru
Russia, 105062, Moscow, St. Sadovaya-Chernogryazskaya, 14/19

O. M. Manko

Institute of Biomedical Problems RAS Moscow Russia

Email: visionlab@yandex.ru
Russia, 123007, Moscow, Khoroshevskoe sh., 76A

A. M. Aleskerov

Institute of Biomedical Problems RAS Moscow Russia

Email: visionlab@yandex.ru
Russia, 123007, Moscow, Khoroshevskoe sh., 76A

D. A. Podyanov

Institute of Biomedical Problems RAS Moscow Russia

Email: visionlab@yandex.ru
Russia, 123007, Moscow, Khoroshevskoe sh., 76A

References

  1. Byzov A.L. Fiziologija zrenija [Physiology of vision]. M.: Nauka, 1992. P. 115–161. (in Russian).
  2. Byzov A.L. Funkcii nejroglii [Functions of neuroglia]. Tbilisi: Mecniereba, 1979. P. 49–57. (in Russian).
  3. Kotelin V.I., Kirillova M.O., Zueva M.V., Tsapenko I.V., Zhuravleva A.N., Kiseleva O.A., Bessmertny A.M. Fotopicheskij negativnyj otvet dlja ocenki funkcii vnutrennej setchatki: trebovanija k registracii i sravnenie v glazah s estestvennoj shirinoj zrachka i v uslovijah medikamentoznogo midriaza [Photopic negative response for testing the function of inner retina: registration requirements and comparison in the eyes with natural pupil width and in conditions of drug mydriasis]. Oftalmologiya [Ophthalmology in Russia]. 2020. V. 17 (3). P. 398–406 (in Russian). https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-3-398-406
  4. Neroev V.V., Zueva M.V., Zhuravleva A.N., Tsapenko I.V. Strukturno-funkcional’nye narushenija pri glaukome: perspektivy doklinicheskoj diagnostiki. Chast’ 2. Jelektrofiziologicheskie markery rannih nejroplasticheskih sobytij [Structural and functional disorders in glaucoma: prospects for preclinical diagnosis. Part 2]. Electrophysiological Markers of Early Neuroplastic Events. Oftalmologiya [Ophthalmology in Russia]. 2020. V. 17 (3s). P. 533–541 (in Russian). https://doi.org/10.18008/1816-5095-2020-3S-533-541
  5. Zueva M.V., Neroev V.V., Tsapenko I.V., Sarygina O.I., Grinchenko M.I., Zaitseva S.I. Topograficheskaja diagnostika narushenij retinal’noj funkcii pri regmatogennoj otslojke setchatki metodom ritmicheskoj JeRG shirokogo spektra chastot [Topographic diagnostics of retinal function disorders in rhegmatogenous retinal detachment by rhythmic ERG of a wide frequency spectrum]. Rossiyskiy oftal’mologicheskiy zhurnal [Russian ophthalmological journal]. 2009. V. 1 (2). P. 18–23 (in Russian).
  6. Zueva M.V., Tsapenko I.V. Jelektrofiziologicheskaja harakteristika glial’no-nejronal’nyh vzaimootnoshenij pri retinal’noj patologii [Electrophysiological characteristics of glial-neuronal relationships in retinal pathology]. Sensornye sistemy [Neuroscience and Behavioral Physiology]. 1992 (3). P. 58–63 (in Russian).
  7. Zueva M.V., Tsapenko I.V. Kletki Mjullera: spektr i profil' glio-nejronal’nyh vzaimodejstvij v setchatke [Muller cells: spectrum and profile of glio-neuronal interactions in the retina]. Rossijskij fiziologicheskij zhurnal im. Sechenova [Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology]. 2004. V. 90 (8). P. 435–436 (in Russian).
  8. Allen C.S., Giraudo M., Moratto C., Yamaguchi N. Spaceflight environment. In: Space safety and human performance [Internet]. Elsevier, 2018. 87–138 p.
  9. Bach M., Brigell M.G., Hawlina M., Holder G.E., Johnson M.A., McCulloch D.L., Meigen T., Viswanathan S. ISCEV standard for clinical pattern electroretinography (PERG): 2012 update. Doc Ophthalmol. 2013. V. 126 (1). P. 1–7. https://doi.org/10.1007/s10633-012-9353-y
  10. Bach M., Unsoeld A.S., Philippin H., Staubach F., Maier P., Walter H.S., Bomer T.G., Funk J. Pattern ERG as an early glaucoma indicator in ocular hypertension: a long-term, prospective study. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2006. V. 47 (11). P. 4881–4887. https://doi.org/10.1167/iovs.05-0875
  11. Basner M., Babisch W., Davis A., Brink M., Clark C., Janssen S., Stansfeld S. Auditory and non-auditory effects of noise on health. Lancet. 2014. V. 383 (9925). P. 1325–1332. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(13)61613-X
  12. Basner M., Dinges D.F., Mollicone D., Ecker A., Jones C.W., Hyder E.C., Di Antonio A., Savelev I., Kan K., Goel N., Morukov B.V., Sutton J.P. Mars 520-d mission simulation reveals protracted crew hypokinesis and alterations of sleep duration and timing. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013. V. 110 (7). P. 2635-40. https://doi.org/10.1073/pnas.1212646110
  13. Bush R.A., Sieving P.A. A proximal retinal component in the primate photopic ERG a-wave. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1994. V. 35 (2). P. 635–645.
  14. Clarke A.H., Haslwanter T. The orientation of Listing’s Plane in microgravity. Vision Res. 2007. V. 47. P. 3132–3140. https://doi.org/10.1016/J.VISRES.2007.09.001
  15. Clément G., Ngo-Anh J.T. Space Physiology II: Adaptation of the Central Nervous Systemto Space Flight-Past, Current, and Future Studies. Berlin: Springer-Verlag, 2013. https://doi.org/10.1007/s00421-012-2509-3
  16. Eckstein M.K., Guerra-Carrillo B., Miller Singley A.T., Bunge S.A. Beyond eye gaze: what else can eyetracking reveal about cognition and cognitive development? Dev Cogn Neurosci. 2017. V. 25. P. 69–91. https://doi.org/10.1016/J.DCN.2016.11.001
  17. Frishman L., Sustar M., Kremers J., McAnany J.J., Sarossy M., Tzekov R., Viswanathan S. ISCEV extended protocol for the photopic negative response (PhNR) of the full-field electroretinogram. Doc Ophthalmol. 2018. V. 36 (3). P.207–211. https://doi.org/10.1007/s10633-018-9638-x
  18. Frishman L.J. Origins of the electroretinogram. Principles and Practice of Clinical Electrophysiology of Vision. London: MIT Press, 2006. 139–183 p.
  19. Granholm E., Asarnow R.F., Sarkin A.J., Dykes K.L. Pupillary responses index cognitive resource limitations. Psychophysiology. 1996. V. 33. P. 457–461. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.1996.tb01071.x
  20. Koles M., Hercegfi K. Eye tracking precision in a virtual CAVE environment. 2015 6th IEEE International Conference on Cognitive Infocommunications (CogInfoCom) (Piscataway: IEEE), 2015. 319–322 p. https://doi.org/10.1109/CogInfoCom.2015.7390611
  21. Kondo M., Sieving P.A. Primate photopic sine-wave flicker ERG: vector modeling analysis of component origins using glutamate analogs. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2001. V. 42 (1). P. 305–312.
  22. Machida S., Raz-Prag D., Fariss R.N., Sieving P.A., Bush R.A. Photopic ERG negative response from amacrine cell signaling in RCS rat retinal degeneration. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2008. V. 49 (1). P. 442–52. https://doi.org/10.1167/iovs.07-0291
  23. Matsui Y., Katsumi O., Sakaue H., Hirose T. Electroretinogram b/a wave ratio improvement in central retinal vein obstruction. Br J Ophthalmol. 1994. V. 78 (3). P. 191–198. https://doi.org/10.1136/bjo.78.3.191
  24. McCulloch D.L., Marmor M.F., Brigell M.G., Hamilton R., Holder G.E., Tzekov R., Bach M. ISCEV Standard for full-field clinical electroretinography (2015 update). Doc Ophthalmol. 2015. V. 130 (1). P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s10633-014-9473-7
  25. Mogilever N.B., Zuccarelli L., Burles F., Iaria G., Strapazzon G., Bessone L., Coffey E.B.J. Expedition cognition: A review and prospective of subterranean neuroscience with spaceflight applications. Front Hum Neurosci. 2018. V. 12. P. 407. https://doi.org/10.3389/fnhum.2018.00407
  26. Rajulu S. Human factors and safety in EVA. Space Safety and Human Performance. Butterworth-Heinemann, 2018. 469–500 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101869-9.00011-X
  27. Salgarelo T., Cozzupoli G.M., Giudiceandrea A., Fadda F., Placidi G., De Siena E., Amore F., Rizzo S., Falsini B. PERG adaptation for detection of retinal ganglion cell dysfunction in glaucoma: a pilot diagnostic accuracy study. Scientific Reports. 2021. V. 11. Art. 22879.
  28. Sieving P.A., Murayama K., Naarendorp F. Push-pull model of the primate photopic electroretinogram: a role for hyperpolarizing neurons in shaping the b-wave. Vis Neurosci. 1994. V. 11 (3). P. 519–532. https://doi.org/10.1017/S0952523800002431
  29. Stansfeld S.A., Matheson M.P. Noise pollution: non-auditory effects on health. Br Med Bull. 2003. V. 68. P. 243–257. https://doi.org/10.1093/bmb/ldg033
  30. Stockton R.A., Slaughter M.M. B-wave of the electroretinogram. A reflection of ON bipolar cell activity. J Gen Physiol. 1989. V. 93 (1). P. 101–122. https://doi.org/10.1085/jgp.93.1.101
  31. Ventura L.M., Sorokac N., De Los Santos R., Feuer W.J., Porciatti V. The Relationship between Retinal Ganglion Cell Function and Retinal Nerve Fiber Thickness in Early Glaucoma. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2006. V. 47 (9). P. 3904–3911. https://doi.org/10.1167/iovs.06-0161
  32. Viswanathan S., Frishman L.J., Robson J.G., Harwerth R.S., Smith E.L. 3rd. The photopic negative response of the macaque electroretinogram: reduction by experimental glaucoma. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1999. V. 40 (6). P. 1124–1136.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (251KB)
3.

Download (307KB)
4.

Download (29KB)
5.

Download (243KB)

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».