Badanie wykazało, że ekspozycja na światło wiąże się z wyostrzeniem umiejętności poznawczych

Badania sugerują, że zwiększona ekspozycja na światło może zwiększyć aktywność części mózgu zwanej podwzgórzem i poprawić wydajność poznawczą.

Nowe badania sugerują, że większa ekspozycja na światło może poprawić czujność i wydajność poznawczą, wpływając na aktywność obszarów mózgu zwanych podwzgórzem.

Badanie opublikowano w czasopiśmie e-Życie, opisane przez redaktorów jako mające fundamentalne znaczenie i stanowiące ogromny postęp w zrozumieniu, w jaki sposób różne poziomy światła wpływają na ludzkie zachowanie. Siłę dowodów uznano za przekonujące i potwierdzające analizy autorów dotyczące złożonej zależności pomiędzy ekspozycją na światło, aktywnością podwzgórza i funkcjami poznawczymi.

W miarę przeprowadzania większej liczby badań odkrycia można wykorzystać do opracowania różnych terapii światłem w celu poprawy jakości snu i stanu emocjonalnego danej osoby, pomagając jej czuć się bardziej czujnym i lepiej wykonywać zadania w ciągu dnia.

W ostatnich latach dobrze udokumentowano biologiczne skutki ekspozycji na światło. Wykazano, że wysokie oświetlenie stymuluje czujność i wydajność poznawczą. Efekty te zależą przede wszystkim od podklasy światłoczułych komórek siatkówki, zwanych ipRCG. Komórki te rzutują na wiele obszarów mózgu, ale ich gęstość występuje najgęściej w podwzgórzu, które jest zwykle związane z regulacją rytmów dobowych, snu, czuwania i funkcji poznawczych. Jednakże wiedza na temat obwodów mózgowych leżących u podstaw biologicznych skutków światła pochodzi niemal wyłącznie z badań na zwierzętach.

Szczegóły badania i wyniki

„Przełożenie ustaleń dotyczących wpływu ekspozycji na światło na mózg w modelach zwierzęcych na ludzi jest trudnym procesem, ponieważ opóźnione dojrzewanie kory mózgowej u ludzi pozwala na znacznie bardziej złożone przetwarzanie poznawcze” – wyjaśnia główny autor Islay Campbell, były doktorant w GIGA. – CRC Human Imaging – obecnie posiada stopień doktora na Uniwersytecie w Liège, Belgia. „W szczególności nie ustalono, czy jądra podwzgórza przyczyniają się do stymulującego wpływu światła na percepcję”.

Aby lepiej zrozumieć wpływ światła na ludzkie funkcje poznawcze, Campbell i jego współpracownicy zrekrutowali do badania 26 zdrowych młodych mężczyzn. Poprosili każdego uczestnika o wykonanie dwóch słuchowych zadań poznawczych; Zadanie wykonawcze zmodyfikowane w stosunku do zadania „n-back”, w którym uczestnicy zostali poproszeni o określenie, czy bieżący dźwięk jest identyczny z dźwiękiem, który słyszeli wcześniej z dwóch elementów, czy też zawiera literę „K”; oraz zadanie emocjonalne, w którym uczestnicy zostali poproszeni o określenie płci dźwięku wypowiadanego tonem neutralnym lub tonem gniewnym. Każde zadanie wykonywano, gdy osoby badane umieszczano w ciemności lub wystawiano na krótkie okresy światła o czterech poziomach oświetlenia. Zespół zastosował technikę zwaną funkcjonalnym MRI 7-Tesli, która charakteryzuje się wyższą rozdzielczością i stosunkiem sygnału do szumu niż standardowe MRI 3-Tesli, aby ocenić wpływ różnych poziomów światła na aktywność podwzgórza podczas wykonywania zadań. .

Odkryli, że podczas obu zadań wyższy poziom światła prowadził do zwiększonej aktywności tylnego podwzgórza. Natomiast podwzgórze dolne i przednie wykazują pozornie odwrotny wzór, wykazując zmniejszoną aktywność przy większym natężeniu światła.

Następnie zespół starał się ustalić, czy te zmiany w aktywności podwzgórza były powiązane ze zmianami w funkcjonowaniu poznawczym. Koncentrowali się na ocenie osiągnięć uczestników w trakcie zadania wykonawczego, gdyż jego rozwiązanie wymaga wyższego poziomu poznania. Ich analiza wykazała, że ​​wyższy poziom światła w rzeczywistości prowadził do lepszej wydajności zadania, co wskazuje na wzrost wydajności poznawczej. Co ważne, stwierdzono, że wzrost wydajności poznawczej przy dużym oświetleniu jest istotnie negatywnie powiązany z aktywnością tylnej części podwzgórza. To sprawia, że ​​jest mało prawdopodobne, aby aktywność tylnej części podwzgórza bezpośrednio pośredniczyła w pozytywnym wpływie światła na funkcje poznawcze i może wskazywać, że zaangażowane są inne obszary mózgu, co wymaga dalszych badań.

Z drugiej strony stwierdzono, że aktywność tylnego podwzgórza jest powiązana ze zwiększoną reakcją behawioralną na zadanie emocjonalne. Sugeruje to, że związek między zdolnościami poznawczymi a aktywnością tylnej części podwzgórza może zależeć od kontekstu — w przypadku niektórych zadań niektóre jądra podwzgórza lub populacje neuronów mogą zostać zaangażowane w celu zwiększenia wydajności, ale nie w innych.

Przyszłe kierunki badań i wnioski

Autorzy wzywają do podjęcia przyszłych prac w tej dziedzinie w celu oceny wpływu światła na inne struktury lub całe sieci mózgu, aby określić, w jaki sposób różne poziomy światła modulują przesłuch i jego interakcje z korą, powodując zmiany w zachowaniu.

„Ważne jest udzielenie odpowiedzi na pozostałe pytania z naszego badania, ponieważ lekka praca stanowi obiecującą, łatwą do wdrożenia metodę zmniejszania całodziennego zmęczenia, poprawy deficytów poznawczych i zapewniania spokojnego snu przy minimalnych kosztach i skutkach ubocznych” – stwierdził. mówi. Campbella.

„Nasze wyniki pokazują, że ludzki podwzgórze nie reaguje jednolicie na różne poziomy światła podczas wykonywania wyzwań poznawczych” – mówi główny autor, Gilles Vandewalle, współdyrektor GIGA-CRC Human Imaging na Uniwersytecie w Liège. „Stwierdzono, że wyższy poziom światła jest powiązany z wyższą wydajnością poznawczą, a nasze wyniki sugerują, że w tym stymulującym działaniu częściowo pośredniczy tylny podwzgórze. Region ten prawdopodobnie funkcjonuje łącznie ze zmniejszoną aktywnością przedniej i dolnej części podwzgórza. wraz ze strukturami mózgu innymi niż podwzgórze regulują czuwanie.

„Ukierunkowane oświetlenie do zastosowań terapeutycznych to ekscytująca możliwość. Będzie jednak wymagać pełniejszego zrozumienia wpływu światła na mózg, zwłaszcza na poziomie podkorowym. Nasze odkrycia stanowią ważny krok w kierunku tego celu, na poziomie podwzgórza. ”

Odniesienie: „Regionalna reakcja na sygnały świetlne za pośrednictwem ludzkiego podwzgórza” autorstwa Islay Campbell, Roya Sharifpour, José Fermin Balda Aizpurua, Elise Beckers, Elenia Paparella, Alexander Berger, Ekaterina Koshmanova, Nasrin Mortazavi, John Reed, Michaił Zubkov i Puneet Talwar, oraz Fabien Collet, Sia Sharif, Christophe Philips, Laurent Lamalle i Gilles Vandewalle, 23 kwietnia 2024 r., e-Życie.
doi: 10.7554/eLife.96576.1