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Effects of a blue-blocking screen filter on accommodative accuracy and visual discomfort

Effects of a blue-blocking screen filter on accommodative accuracy and visual discomfort

グラナダ大学光学部、グラナダ、スペイン

2020年10月1日

キーワード：調節施設、眼精疲労、コンピュータビジョン症候群

要旨

はじめに

電子機器の使用に伴う視覚症状や徴候を管理するためのブルーブロッキング（B-B）フィルターの処方は、アイケアの専門家によって日常的に行われている。しかし、B-Bフィルターの有用性については、その使用を裏付ける証拠が不足しているため、科学者の間では議論や議論の対象となっている。ここでは、電子機器を日常的に使用している被験者を対象に、30分間の読書課題を近距離で実施しながら、B-Bフィルターの使用が、調節反応のダイナミクス、瞳孔の大きさ、および視覚的不快感の知覚レベルに及ぼす影響を調べることを目的とした。

方法

健康な若年成人19名（22.0～2.7歳）を対象に、市販のB-Bフィルターを使用しながら、またはフィルターを使用しないで、2つの30分間の文章を50cmの高さに設置したコンピュータ画面上で読んでもらった。WAM-5500オープンフィールドオートレフラクトメーターを用いて、4-5,9-10,14-15,19-20,24-25,29-30分後の60秒間、調節反応と瞳孔サイズの大きさと変動を動的に測定した。また、知覚された視覚的不快感のレベルも得られた。

結果

調節の遅れと変動性は、ブルーライトレベルに対して鈍感であった（p = 0.34と0.62,それぞれ）。また、ブルーライトレベルに関係なく、時間経過とともにより大きな不安定性を示した。B-Bフィルターの使用は、読解速度の向上（p = 0.02）と関連しており、毎分16.5語の増加を示した。しかし、瞳孔ダイナミクスや知覚される視覚的不快感のレベルには有意な変化は見られなかった（どちらの場合もp>0.05）。

結論

我々のデータは、B-Bフィルターの使用が調節動態や視覚症状に影響を与えないことを示している。これらの知見に基づき、健康な若年成人の電子機器使用に伴う視覚症状や徴候を軽減するためにB-Bフィルターを処方することを支持するものはない。

序論

これらの機器から発せられる光は、ブルーライト領域（400～490nm）にピークを持ち、概日リズムや睡眠を変化させることが示されている2-5 。 -10 例えば、Beaver Dam Eye StudyとChesapeake Bay Watermen Studyでは、主に青色光である太陽光への長時間の曝露は、それぞれ加齢黄斑症の発生率の増加と進行の増加と関連していることが観察されている11,12。しかし、他の研究では、光曝露と網膜疾患との関連は認められていない。13-15 デジタル機器が発するブルーライトへの曝露が増加しているため、最近の研究では、眼の健康への潜在的な影響に焦点が当てられている16-19。

電子ディスプレイを近距離で見ることは、眼精疲労、目の疲れ、赤み、イライラ、視界のぼやけ、複視などの視覚症状と関連しており、この一般的な状態をデジタル眼精疲労と呼んでいる23 。この点で、デジタル眼精疲労を緩和する戦略として、ブルーブロッキング（B-B）フィルターの使用が提案されている1 。B-Bフィルターがコンピュータ使用に関連した視覚症状を軽減するという研究もあるが、24-26の研究では、視覚症状に有意な効果がないという報告もある27,28。実際、これらの企業の中には、潜在的なユーザーを惹きつけるために、ソーシャルメディアで積極的な広告を出しているところもある。しかし、眼精疲労を緩和するためにB-B技術を広く使用することは、質の高い臨床的証拠が不足しているため、ほとんどの科学界では支持されていない16,29。

30,31 エレクトロニックディスプレイの使用に関連して研究されてきた調節の2つの主な構成要素は、調節のラグと変動性である。調節ラグは、調節反応が調節要求よりも小さいときに発生する。実際、いくつかの研究では、より高い調節ラグと視覚不快感との間の正の関係が観察されている。35 調節施設の変動性は、症状のある個人の視覚疲労の客観的な尺度としても提案されている。瞳孔の変化は、自律神経系の活動を反映しており、非常に要求の厳しい視覚タスクの実行中に経験される疲労のレベルに敏感に反応している40-42 。

以前に説明された、視覚疲労と調節反応の測定値と瞳孔との関連性に基づいて、最近の研究では、B-Bフィルターの調節反応への影響を調査したところ、B-Bフィルターを使用しても、持続的な近視課題の実行中に、静的に測定した場合、調節反応の大きさに影響を与えないことがわかった。本研究の目的は、B-Bフィルタの使用が視覚疲労を軽減するかどうかを検討するために、50cmのスクリーンから30分間の読書課題を実施した際に、B-Bフィルタが調節反応の大きさと変動性に及ぼす影響を調べることである。また、瞳孔径と可変性のダイナミクスと視覚疲労症状の両方を記録した。

方法

参加者と倫理的承認

GPower 3.1 ソフトウェア（Heinrich Heine University Dusseldorf, www.psyc hologie.hu.de/arbeitsgruppen/allgemeine-psychologie-undarbeitspsychologie/gpower.html）を用いた先験的な検出力分析を行い、必要最小限のサンプルサイズを算出した48 。合計 20 名の健康な若年被験者が本研究に参加した。すべての被験者は、以下の包含基準のためにスクリーニングされた。(1) 全身性疾患や薬理学的治療を受けていないこと、(2) 最良の屈折矯正を施した両眼の視力≦0 log MARであること、(3) Randotステレオテスト（Stereo Optical, www.stereooptical.com）による40 cm ≤ 50 sの円弧上での視度数、(4) 色覚異常がないこと、(4) 色覚異常がないこと。 1人の参加者は、包含基準を満たしていなかったために除外され、残りの19人の参加者はさらなる分析のために検討された（女性8人、男性11人、年齢範囲19-29歳、平均年齢標準偏差（S.D.）=22.0 2.7歳、範囲19-29歳）。14人の参加者は両眼性で、5人の参加者は常用のコンタクトレンズを装用していた（平均球面度数は+0.40 1.53 Dで、+4.0から-2.75 Dの範囲であった）。各実験セッションの前に、被験者はアルコールとカフェイン入りの飲み物をそれぞれ24時間と12時間禁酒し、各実験セッションの前夜に少なくとも7時間の睡眠をとるように求められた。本研究はヘルシンキ宣言の教義を遵守し、グラナダ大学機関審査委員会（IRB承認：546/CEIH/2018）の承認を得た。参加者全員から書面によるインフォームドコンセントを得た。

実験条件

液晶画面に表示されたテキストの一節を30分間読みながら、調節反応と瞳孔ダイナミクスを調べた。この実験は、B-Bフィルターを使用した場合のみ、2つの異なる実験セッションで実施した。実験は、2つの異なる日に、逆順に行われた。各セッションには、17.3インチのLCDスクリーン（幅41.5cm、高さ27.2cm、対角線49.6cm）を使用した。B-B 条件では、17.3 インチのラップトップ用 Reticare フィルタ（www.reticare.com）を使用し、ブルーライトから目を保護し、中心性失明のリスクを低減し、より快適な視覚を提供すると主張している。図1は、EN ISO 12311:2013の試験規格に基づいて低レベルB-Bフィルタとされたフィルタの透過率曲線を示している。フィルター透過率曲線は、観察者が実験を行ったのと同じ条件で、2Lの開口部を用いて、PR-745 Spec-traScan Spectroradiometer（Jadak Technologies、www.jada ktech.com）を用いて評価した。角膜平面で測定した部屋の周囲照明は、〜150ルクス（照度計T-10A、コニカミノルタ、www5.konicaminolta.eu）で一定に維持した。

読影タスクの設計には、Phyton 3.6.3 で書かれた PsychoPy2 (V.1.85.4) ソフトウェア (www.psychopy.org) ライブラリを使用した53 。フォントタイプはVerdanaで、各文字の視角は最適な読解速度を可能にするために0.22Lであった54 。目の視覚軸と装置の最適なアライメントを達成するために、各行は全角40文字のフォーマットで左寄せされ、画面中央に表示された10行のテキストウィンドウに表示された55 。読み上げタスクが終了すると、1分間の単語数がPsychopyソフトウェアによってExcelスプレッドシート(www.microsoft.com)に自動的に記録され、さらなる分析のために利用された。

調節反応と瞳孔ダイナミクスの評価

調節反応と瞳孔サイズの大きさと変動の測定には、グランドセイコー社製の二眼開放型オートレフラクタWAM-5500(www.grandseiko.com)をHI-SPEEDモードで使用した。この装置は臨床的に検証されており、信頼性の高い正確なデータを提供している。まず、WAM-5500の静的モードで単眼屈折状態を測定し、これらの値を用いて調節遅延を計算した。その後、30分間ナレーションを読みながら、4-5分目、9-10分目、14-15分目、19-20分目、24-25分目、29-30分目に調節反応と瞳孔サイズの両方を連続的に記録した。すべての測定は両眼視条件で実施し、カードの穴埋め法によって決定された利き目を、調節反応と瞳孔の記録の両方に選択した。

データ分析のために、平均値から3 S.D.以上異なるデータポイントを破棄した。

データ解析のために、平均値から3S.D.以上離れたデータ点は、瞬きや記録エラーと考えられるため、破棄された。調節のラグを計算する際には、平均調節応答（ダイナミックモードで記録された）を50cm（すなわち、2D）での調節要求から差し引いた。残存屈折率誤差を制御するために、Pol-tavski et al 2012）の式を使用してベースラインの静的屈折値を差し引くことによって、調節のラグを補正した58 。調節量と瞳孔径の変動は、60秒の間の動的な調節量と瞳孔記録の標準偏差を計算することによって得られた59。

読書速度

各文章を読み終えた後、Psychopyソフトを用いて読解速度(1分間に読まれた単語数)を自動的に登録した。また、読み終えた文章の内容に基づいて、3つの真偽問題を出題し、参加者が注意を払っているかどうかを確認し、文章の理解度をテストした。60,61 すべての参加者が大部分の質問に正解し、不正確な回答で除外された者はいなかった。

主観的な質問票

各実験セッションの開始時に、参加者が同じレベルの注意力の下で両セッションを行ったことを確認するために、眠気/不眠のレベルをスタンフォード眠気尺度（SSS）62を用いて評価した。これは、人がどの程度の注意力を感じているかのグローバルな尺度であり、「1. Feeling active, vital, alert, or wide awake（活動的、活力、注意力、または大きな目覚めを感じている）」から「7. 睡眠との戦いがなくなった、すぐに眠りにつく、夢のような考えを持っている」から「7.

さらに、各読解課題の後、Hoffmanらによって開発された質問紙を用いて、主観的視覚疲労と不快感を評価した63 。

実施方法

各実験セッションは、サーカディアンリズムの変動を最小限に抑えるために、24時間から72時間の間で区切られた別の日に実施され、1日の同じ時間（1時間）に実施された。最初の訪問の間に、各参加者はまた、包含基準が満たされていることを確認するために視力検査を受けた。具体的には、コンロン問診票に記入し、スリットランプと直視鏡検査で眼の健康状態をチェックした。屈折率の測定は、エンドポイントであるmaxi-mumプラスを用いて、最良の視力を測定した。その後、両眼視機能および調節機能、色覚がチェックされた。この時点で、参加者は実験条件について書面と口頭で指示を受けた。どちらの実験セッションも、B-Bフィルターを使用した以外は同じであり、実験の順番は被験者間で交互に行われた。各セッションの最初に、参加者はコンピュータカーソルの機能について指示された。次に、対応する実験条件（B-Bフィルターの有無にかかわらず）で30分間の読書課題を設定した。読書課題の間、各測定セットの間に5分間の間隔を空けて、60秒間の滞在性反応と瞳孔反応を記録した。そのため、6つのブロックからなるタスクの4-5分、9-10分、14-15分、19-20分、24-25分、29-30分の間に調節性および瞳孔動態が測定された。

統計的分析

データの正規性と分散の均等性を評価するために、Shapiro-Wilk検定とLeveneの検定をそれぞれ行った（p> 0.05）。各実験セッションの開始時における覚醒度の違いを確認するために、SSSについて関連標本のt検定を行った。また、B-Bフィルタの有無を唯一の参加者内因子とした関連サンプルのt検定を、Hoffmanの質問票の5つの質問について実施した。主な統計分析については、ブルーライトレベル（B-Bフィルター、フィルターなし）と測定点（ブロック1,ブロック2,ブロック3,ブロック4,ブロック5,ブロック6）を参加者内因子とし、調節ダイナミクス（ラグと変動性)瞳孔径（大きさと変動性)読影速度を従属変数として考慮して、別々の双方向反復解析ANOVAを実施した。多重比較はHolm-Bonferroni法で補正した。統計的有意性は0.05に設定し、Fsについては部分的な盛Ll_19Eleases2,t検定についてはCohen’s d（効果量、ES）を用いて、スタンダード化された効果量を報告した。すべての統計解析は、JASP ソフトウェア (jasp-stats.org) バージョン 0.9.2.0 を用いて行われた。

結果

ベースラインデータは、包含条件が満たされているかどうかを確認するために得られた。参加者の平均視力は右目-0.1 0.1 0.1,左目-0.1 0.1 log MAR、立体視は26.3 6.2 s of arc、視覚不快度はConlon視覚不快度調査で評価された8.7 6.8であった。

マニピュレーションチェックと主観的質問票

SSSを分析したところ、実験セッション間に統計的に有意な差は認められず、参加者は同程度の覚醒度で参加していることが示された（B-Bフィルター：1.95 0.62,フィルターなし：1.89 0.57,t36 = -0.27,p = 0.79）。視覚疲労および不快感の主観的レベルは、質問紙の5項目の各項目について、ブルーライトレベルの有意な影響は認められなかった（すべての場合でp> 0.05;表1）。

ブルーライトレベルが読書速度に及ぼす影響

しかし、ポイントオブメジャー9のブルーライトレベルの相互作用については、有意差は観察されなかった（F5,90 = 0.87,p = 0.51）。ポストホック検定では、時間経過に伴う読解速度の統計的に有意な変化は認められなかった（補正したp値＞0.05,表2）。

青色光のレベルが調節反応のダイナミクスに及ぼす影響

調節施設のラグは、測定点(F5,90 = 1.15, p = 0.34)、ブルーライトレベル(F1,18 = 0.96, p = 0.34)、または測定点9ブルーライトレベルの相互作用(F5,90 = 0.44, p = 0.82; 図2)については、統計的に有意な差を示しなかった。

測定点のポストホック分析は、比較ブロック1とブロック5（補正したp値=0.003,ES = -1.02）と6（補正したp値<0.001,ES = -1.28)ブロック2とブロック5と6（両方のケースで補正したp値<0.001,ES = -1.30,ES = -1.46）の統計的に有意な差をもたらした。 30およびES = -1.46,それぞれ)ブロック3 vs ブロック5および6（補正されたp値=0.02および<0.001,ES = -0.81およびES = -1.19,それぞれ)およびブロック4 vs ブロック5および6（補正されたp値=0.01および<0.001,ES = -0.88およびES = -1.11,それぞれ;図3）。

瞳孔ダイナミクスに対するブルーライトレベルの影響

瞳孔径は、測定点（F1,17 = 1.60,p = 0.22)青色光量（F5,85 = 1.53,p = 0.19)または測定点9の青色光量の相互作用（F5,85 = 0.60,p = 0.70）については、統計的に有意な差を示さなかった。同様に、瞳孔径の変動についても、測定点（F5,85 = 0.72,p = 0.61)ブルーライトレベル（F1,17 = 0.73,p = 0.41, ՞Ll_19E糂p2 = 0.01)または測定点9ブルーライトレベルの相互作用（F5,85 = 1.98,p = 0.09,表2）については、統計学的に有意な変化は見られなかった。

考察

これらの結果から、健康な大学生を対象に、コンピュータ画面を50cmの距離に置いて30分間の読書タスクを行った場合、B-Bフィルターは、調節や瞳孔ダイナミクスに影響を与えないことが明らかになった。調節の変動はタスクの時間に敏感で、ブルーライトのレベルに関係なく時間の経過とともに大きく変動した。B-Bフィルターをスクリーン上に置くと、読書速度が向上した。B-Bフィルターの有無に関わらず、視覚疲労の主観的レベルには統計的に有意な差は見られなかった。これらの知見は、ブルーライトが視覚系に及ぼす有害な影響についての議論や、近年デジタル眼精疲労の治療法としてB-Bフィルター（例えば、光学レンズ、コンタクトレンズ、眼内レンズ、スクリーンフィルター）が広く商品化されていることを考えると、十分に意味のあるものであると言える。

眠気/不眠の知覚レベルの分析

(SSS)を実施したところ、各実験セッションにおいて、参加者は同程度の注意力を持って参加していることが確認された。64-66 B-Bフィルターの使用については、コンピュータ使用に伴う視覚症状の減少を報告した研究もあれば、B-Bフィルターの種類にかかわらず、その差は認められなかった研究もある24-26。

読書速度については、ブルーライトレベルに対して統計的に有意な効果があり、B-Bフィルタ条件では読書速度が向上した（平均16.5語/分、7.1%の増加）。なお、B-Bフィルターを使用した場合の読影速度の向上は、読影タスクの全行程で見られ、視覚疲労とは無関係であると考えられる。今回使用したような黄色味を帯びたフィルターの使用は、コントラストを改善し、スキャッターの影響を軽減することが実証されており、これが読書速度の向上に寄与している可能性がある67 。

充足性応答が疲労の指標であると報告している著者もいることから、本研究では充足性応答の遅れと変動性の両方に対するB-Bフィルタの使用の効果を評価することを目的とした。その結果、これらのパラメータについては、B-Bフィルタを使用した場合とフィルタを使用しない場合の間に統計的に有意な差は認められなかった。電子ディスプレイを用いた場合の調節反応への影響については、Penistenら（70）は、ビデオ再生端末を視聴した場合に、MEMダイナミック網膜鏡を用いて測定された調節反応のラグにわずかな差が見られた。電子機器と印刷されたテキストを閲覧しているときの調節反応を客観的に測定した研究では、デジタル機器を閲覧しているときの調節反応のラグの増加が報告されている71-73が、Col-lierとRosenfield74では、これら2つの条件の間に有意な差は見られなかった。我々の知る限りでは、B-Bフィルタが調節遅延に及ぼす影響を調べたのはPalavetsら27のみであるが、彼らは読解タスク中に連続的に調節を確認していない（代わりに静的な測定を行っている）。彼らはどちらの条件でもほぼ同じくらいの調節遅延を観測しており、我々の知見と一致している。それにもかかわらず、これらの研究で使用されたフィルターが全く異なっていたこと（400～500 nmの間の波長の99%と25%をブロック)眼内調節性が継続的に測定されていたため、被験者は30分のタスク中に読書を止めるように求められていなかったことに注意する必要がある。

35-38,75 さらに、視覚不快感のある人では、色付きレンズを使用した場合の眼内環境の安定性が高かったが、これらの変化はレンズの色の特性に依存しないように思われる76。35-38,75 我々のデータでは、B-Bフィルターは快適性の安定性に影響を及ぼさないことが示された。また、今回の知見に基づき、健康な若年成人のコンピュータ作業に伴う眼球運動の変化を減衰させるためにB-Bフィルタを処方することは科学的に正当化されていないことが示された。

また、B-Bフィルターが瞳孔ダイナミクスに与える影響についても検討した。私たちは、瞳孔サイズと眼球運動との関連性から、読書タスク中の瞳孔行動の変化を評価することに興味を持ってた。しかし、これまでの研究では相反する結果が示されている38,43-47。本研究では、瞳孔ダイナミクス（大きさと変動性）はブルーライトレベルやタスク時間の関数として変化しないことがわかり、したがって、瞳孔反応に依存しないように見える。この結果は、デジタルディスプレイからの持続読書中の瞳孔ダイナミクスに違いを認めなかったGrayら,38の研究結果と一致している。しかし、B-Bフィルターの有無で瞳孔行動を比較した研究はこれまでに発表されていない。

我々は、読書課題の後に得られた主観的な測定値と、読書中に得られた調節と瞳孔ダイナミクスの客観的な記録に効果が見られなかったことから、B-Bフィルターの使用は、電子ディスプレーを見ることによって引き起こされる視覚症状を変化させないことを発見した。しかし、眼精疲労の蓄積が眼球運動の安定性に及ぼす影響が観察されたことから、短波長光の発光がデジタル眼精疲労の主な原因ではないことが示唆された。まばたき速度の低下や非効率的なまばたき78,79や、主視線23におけるモニターの位置による角膜露出の増加などの他の要因が、電子機器の長期使用に関連する症状や徴候を説明するのに役立つ可能性がある。

B-Bフィルターを使用して調節性と安定性を改善することや、電子ディスプレイを見ることによって生じるデジタル眼精疲労の症状は、今回の研究結果では支持されていない。しかし、本研究で得られた知見の限界と考えられる点がいくつかあり、それは認められなければならない。第一に、我々は市販の低レベルB-Bフィルタを選択した。

第一に、我々は市販の低レベルB-Bフィルターを選択したが、臨界フリッカー周波数で報告されているように、他のタイプのB-Bフィルターでは、快適応答ダイナミクスに異なる結果が得られる可能性がある24 。

第二に、視覚的に交感神経症の人は、快適応答機能32,33と知覚される視覚不快感のレベルに大きな欠損を示した。我々の結果は、日常的に青色発光装置を使用している無症状者には、B-Bフィルターを処方する必要はないことを示唆している。しかし、他の視覚状態（収束不全や外傷性脳損傷など）を持つ症状のある人にB-Bフィルターを使用することの利点については、さらなる調査が必要である。

第三に、同調反応と瞳孔反応は屈折率誤差に依存している可能性があり、80,81 、今後の研究では実験サンプルを異なる屈折率のグループに分けることを検討すべきである。

第四に、被験者はコンピュータ読解課題をフィルターの有無を認識しており、読解速度はこのバイアスの影響を受けている可能性がある。

第五に、最近の研究では、眼球調節力の測定は集団差を考慮した場合には合理的に頑健であることが示されているが、個人間の差は非常に大きく75,したがって、これらの知見はこの点で慎重に解釈されるべきである。

最後に、読解課題では、参加者は白背景に黒文字を読み、最近の研究では読解中の文字と背景の色の組み合わせによって調節性と瞳孔の反応が異なることが報告されている61。

結論

これらの知見から、B-Bフィルターの使用は、無症状者における青色発光装置の使用に関連した調節反応、瞳孔の大きさ、または視覚症状に影響を与えないことが示された。しかし、B-Bフィルターをコンピュータの画面上に設置した場合には、読書速度の改善が観察された。これらの結果から、健康な若年成人において、調節精度や安定性を向上させ、電子機器に関連した症状を軽減するためにB-Bフィルターを処方することは、科学的には支持されていないと考えられる。これらの結果は、ブルーライトへの曝露が視覚機能に及ぼす有害な影響についての論争を考えると、特に重要な意味を持っている。したがって、眼科医がこれらの結果に注意して、視力に問題のない人にB-Bフィルターを処方することが重要である。