Применение вязкоупругой модели Кельвина—Войта к гиппусу выявляет важные сведения об активности вегетативной нервной системы

Почему важны крошечные пульсации зрачка

Даже когда мы смотрим на неподвижную сцену, наши зрачки тихо и ритмично сужаются и расширяются. Это беспокойное движение, называемое гиппусом, долгое время считалось безвредным фоновым шумом. В этом исследовании авторы показывают, что эти крошечные колебания размера зрачка на самом деле несут ясный отпечаток того, как работает наша автоматическая «борьба‑или‑отдых» система, и что их можно смоделировать с помощью инструментов из физики, чтобы выявить как нервную активность, так и механические свойства глаза.

Ближе к тихому танцу зрачка

Гиппус — это медленный спонтанный ритм, при котором зрачок несколько раз в минуту сужается и расширяется, даже при постоянном освещении. Им управляют две группы мышц радужки: одна, сужающая зрачок, и другая, расширяющая его, каждая контролируется разными ветвями вегетативной нервной системы. Предыдущие исследования в основном измеряли амплитуду и длительность этих колебаний, но в значительной степени игнорировали растяжимое, пружиноподобное поведение самой ткани радужки. Настоящая работа объединяет оба аспекта, задаваясь вопросом не только о том, как движется зрачок, но и о том, какая сила требуется, чтобы вызвать это движение.

Использование физической модели для чтения нервных сигналов

Для этого авторы применили классическую вязкоупругую модель, известную как модель Кельвина—Войта, описывающую материалы, ведующие себя как сочетание пружин и вязких демпферов. Они записали сотни циклов гиппуса у 16 подростков‑спортсменов мужского пола в положении лёжа и стоя, одновременно отслеживая сердечную активность. Затем с помощью алгоритмов компьютера они подгоняли каждую запись движения зрачка под модель, разделяя вклад мышц, суживающих и расширяющих зрачок, и оценивая жёсткость и «вязкость» ткани радужки. Сохранили лишь те циклы гиппуса, которые хорошо соответствовали модели — примерно треть всех записей — что обеспечило защиту от искажений нервных импульсов случайным шумом.

Личные особенности движения зрачка

В пределах этих высококачественных записей каждый участник демонстрировал характерную форму гиппуса, повторяющуюся из цикла в цикл и образующую индивидуальную «подпись». Циклы группировались в три основных типа по длительности — короткие, средние и длинные — но для каждого человека общий паттерн был довольно воспроизводим. Это указывает на то, что гиппус отражает стабильное сочетание механики радужки и того, как вегетативные нервы в спокойном состоянии возбуждают глазные мышцы. В то же время сила нервных импульсов варьировала от цикла к циклу, напоминая, что система оживлённа и адаптивна, а не представляет собой жёсткий механизм.

Как положение тела и яркие вспышки меняют картину

Когда испытуемые лежали, модель выявляла более сильные парасимпатические импульсы — ветвь, связанную с отдыхом и восстановлением — чем в положении стоя. Иными словами, подпись гиппуса одного и того же человека заметно смещалась при простой смене позы, отражая изменение базового автономного баланса. Исследователи также сравнили гиппус с более привычной реакцией зрачка на кратковременную вспышку света, фотомоторным рефлексом. Этот рефлекс требовал примерно в восемь раз больше энергии, чем гиппус, сопровождался гораздо большими и более стереотипными движениями зрачка и практически не изменялся между положениями лёжа и стоя. Гиппус, напротив, выглядел как малозатратная, тонко настроенная фоновая активность, тогда как световой рефлекс вел себя как мощная защитная реакция, предназначенная для защиты сетчатки.

Разные окна в автоматическое управление организма

Интересно, что показатели, основанные на гиппусе, слабо коррелировали со стандартными мерами вариабельности сердечного ритма и не совпадали с сигналами, извлечёнными из светового рефлекса. Это говорит о том, что эти подходы фиксируют разные стороны работы вегетативной нервной системы, а не дублируют информацию. Гиппус, по‑видимому, выявляет базовое состояние этой системы и её адаптацию к контексту, тогда как световой рефлекс показывает её аварийный резерв при воздействии яркого света на глаз. Рассматривая зрачок не просто как простую апертуру, а как малую живую механическую систему, эта работа открывает путь к использованию тихих движений глаза как чувствительного, неинвазивного индикатора функции нервной системы у спортсменов и пациентов.

Цитирование: Giovannangeli, C.J.P., Borrani, F., Broussouloux, O. et al. Application of the Kelvin-Voigt viscoelastic model to hippus reveals major insights into the autonomic nervous system activity. Sci Rep 16, 10673 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45875-6

Ключевые слова: динамика зрачка, вегетативная нервная система, гиппус, физиология спорта, вариабельность сердечного ритма