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环境照度的突然降低会因暗适应固有的时延而暂时损害视动性能，从而在进入隧道等作业环境中带来显著风险。为减轻这种性能下降，我们提出了一种基于模型的神经调控框架，采用经皮迷走神经刺激（transcutaneous vagus nerve stimulation，tVNS）。已有研究表明，tVNS能够加速并增强瞳孔扩张，并可能通过激活蓝斑—去甲肾上腺素（locus coeruleus–norepinephrine，LC-NE）系统来促进感觉运动加工。首先，我们刻画了tVNS诱发的瞳孔反应的时间动态，并在标准照明条件下利用长短期记忆（long short-term memory，LSTM）网络建立预测模型。结果表明，即使在突然暴露于黑暗环境的情况下，该模型仍能有效重现非线性的生理特征。其次，我们采用遗传算法推导出经优化的刺激序列，以最大化个体在暗环境即时适应过程中的瞳孔扩张。在由明转暗的转换过程中进行的瞳孔评估显示，经优化的tVNS能够以叠加方式增大瞳孔直径。在健康年轻成年人中，视动选择反应任务表现的改善程度与暗转换期间tVNS诱发的瞳孔直径增大量呈高度相关。这些发现表明，经模型优化的tVNS方法可能通过激活LC-NE系统及随后的感觉运动增强，有效减轻暗转换期间视动性能的下降。此外，实验结果证明，tVNS引发的短暂性瞳孔反应具有作为预测行为改善的稳健生理指标的潜力。
通过模型优化的经皮迷走神经刺激增强暗适应过渡期间的视觉运动反应 | bioRxiv
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Minoru Shinohara
doi:
https://doi.org/10.64898/2026.10.17.759798
Shintaro Nakatani
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环境照度突然降低会因暗适应过程本身存在的延迟而暂时损害视觉运动表现，在进入隧道等作业环境中造成显著风险。为减轻这种性能下降，我们提出一种……
一种基于模型的神经调控框架，采用经皮迷走神经刺激（tVNS）。研究已知，tVNS可加速并增强瞳孔扩张，并可能通过激活蓝斑核—去甲肾上腺素（LC-NE）系统来增强感觉运动加工。首先，我们刻画了tVNS诱发的瞳孔反应的时间动态，并在标准光照条件下使用长短期记忆（LSTM）网络开发了预测模型。即使在突然暴露于黑暗环境时，该模型也能有效重现非线性生理特征。其次，我们利用遗传算法推导出优化的刺激序列，以最大化个体在适应黑暗初期的瞳孔扩张幅度。对由明转暗过程中的瞳孔进行评估后发现，优化后的tVNS可进一步增大瞳孔直径。在健康年轻成年人中，由明转暗期间tVNS所诱发的瞳孔直径增幅，与视觉运动选择反应表现的改善程度高度相关。这些发现表明，基于模型优化的tVNS方法可通过激活LC-NE系统及随后增强感觉运动功能，有效减轻由明转暗时视觉运动表现的下降。此外，实验结果表明，tVNS诱发的瞬时瞳孔反应有望成为一种可靠的生理指标，用于预测行为表现的改善。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
基金信息声明
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版权
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本预印本根据……提供。
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发布于 2026 年 10 月 20 日。
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Shintaro Nakatani，Wuyuqing Yang，Joshua N Posen，Jun Ueda，Minoru Shinohara
bioRxiv
2026.10.17.759798
doi：https://doi.org/10.64898/2026.10.17.759798
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关键词：经皮迷走神经刺激 · 暗适应 · 瞳孔反应 · 蓝斑-去甲肾上腺素系统 · 长短期记忆网络 · 视运动反应
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.17.759798v1?rss=1