Riepilogo: Una nuova ricerca suggerisce che l’esposizione a livelli di luce più elevati può migliorare la veglia e le prestazioni cognitive influenzando l’ipotalamo, una regione del cervello associata al sonno e alla vigilanza. Lo studio, che ha coinvolto 26 giovani adulti, ha utilizzato una risonanza magnetica da 7 Tesla per dimostrare che l’esposizione alla luce aumenta l’attività dell’ipotalamo, correlandola con un miglioramento delle prestazioni del compito. Questa intuizione fa avanzare la nostra comprensione degli effetti biologici della luce e potrebbe informare i trattamenti di terapia della luce volti a ridurre l’affaticamento e migliorare la funzione cognitiva, aprendo la strada alla ricerca futura su come la luce influenza il cervello e i suoi potenziali usi terapeutici.
Punti chiave:
- Lo studio dimostra che livelli più elevati di esposizione alla luce possono migliorare le prestazioni cognitive, probabilmente attraverso cambiamenti nell’attività dell’ipotalamo, che è cruciale per regolare la vigilanza e le funzioni cognitive.
- Questi risultati supportano il potenziale utilizzo della terapia della luce mirata per combattere l’affaticamento e migliorare le funzioni cognitive durante il giorno, fornendo un’opzione di trattamento a basso costo e minimamente invasiva.
- Sebbene lo studio fornisca preziose informazioni, evidenzia anche la necessità di una ricerca più completa per comprendere appieno come i diversi livelli di luce influenzano le strutture sottocorticali del cervello e le loro interazioni con i processi cognitivi.
L'esposizione a livelli più elevati di luce può aiutare le persone a sentirsi più svegli e ad aumentare le prestazioni cognitive, probabilmente influenzando l'attività di parti di una regione del cervello chiamata ipotalamo, secondo una nuova ricerca che potrebbe essere utilizzata per informare vari trattamenti di terapia della luce per aumentare la capacità di un individuo. qualità del sonno e stato affettivo.
Lo studio, pubblicato come preprint revisionato in è descritto dagli editori come di fondamentale importanza e rappresenta un progresso fondamentale per la nostra comprensione di come i diversi livelli di luce influenzano il comportamento umano.
Come la luce influenza le nostre funzioni cognitive e i cicli del sonno
Gli effetti biologici dell’esposizione alla luce sono stati ben documentati negli ultimi anni. È stato dimostrato che un illuminamento più elevato stimola la vigilanza e le prestazioni cognitive. Questi effetti si basano principalmente su una sottoclasse di cellule sensibili alla luce nella retina, chiamate ipRCG. Queste cellule proiettano verso più aree del cervello, ma le proiezioni si trovano più densamente all’interno dell’ipotalamo, che è tipicamente associato alla regolazione dei ritmi circadiani, del sonno, della vigilanza e delle funzioni cognitive.
Tuttavia, questa conoscenza dei circuiti cerebrali alla base degli effetti biologici della luce deriva quasi interamente da studi sugli animali.
“Trasporre all'uomo i risultati su come l'esposizione alla luce influisce sul cervello nei modelli animali è un processo difficile, poiché la successiva maturazione della corteccia negli esseri umani consente un'elaborazione cognitiva molto più complessa”, afferma l'autore principale Islay Campbell, ex studentessa di dottorato presso il GIGA-CRC Human Imaging, ha ora conseguito il dottorato, Università di Liegi, Belgio, in un comunicato. “In particolare, non è stata stabilita la questione se i nuclei dell’ipotalamo contribuiscano all’impatto stimolante della luce sulla cognizione”.
Diversi livelli di illuminazione influenzano l'attività cerebrale
Per comprendere meglio l’impatto della luce sulla cognizione umana, Campbell e colleghi hanno reclutato 26 giovani adulti sani per partecipare al loro studio. Hanno chiesto a ciascun partecipante di completare due compiti cognitivi uditivi:
- un compito esecutivo modificato dal “compito n-back” in cui ai partecipanti veniva chiesto di determinare se un suono corrente era identico a quello che avevano sentito due elementi prima, o conteneva la lettera “K”
- e un compito emotivo, in cui ai partecipanti è stato chiesto di identificare il genere di una voce pronunciata con un tono neutro o con un tono arrabbiato.
Ogni compito è stato completato mentre gli individui venivano alternativamente posti al buio o esposti a brevi periodi di luce in quattro livelli di illuminazione. Il team ha utilizzato una tecnica chiamata risonanza magnetica funzionale da 7 Tesla, che ha una risoluzione e un rapporto segnale-rumore più elevati rispetto alla risonanza magnetica standard da 3 Tesla, per valutare l'impatto dei diversi livelli di luce sull'attività dell'ipotalamo durante le attività. .
Hanno scoperto che, durante entrambi i compiti, livelli più elevati di luce innescavano un aumento dell’attività sull’ipotalamo posteriore. Al contrario, l’ipotalamo inferiore e anteriore seguivano uno schema apparentemente opposto, mostrando una diminuzione dell’attività sotto livelli di luce più elevati.
Spiegare la complessa relazione tra esposizione alla luce, attività dell'ipotalamo e risultati cognitivi
Successivamente, il team ha cercato di determinare se questi cambiamenti nell’attività regionale dell’ipotalamo fossero correlati a un cambiamento nelle prestazioni cognitive. Si sono concentrati sulla valutazione delle prestazioni dei partecipanti durante il compito esecutivo, poiché per risolverlo era necessario un livello cognitivo più elevato. La loro analisi ha rivelato che livelli più elevati di luce hanno effettivamente portato a prestazioni migliori nel compito, indicando un aumento delle prestazioni cognitive.
È importante sottolineare che l’aumento delle prestazioni cognitive sotto un illuminamento più elevato è risultato significativamente correlato negativamente con l’attività dell’ipotalamo posteriore. Ciò rende improbabile che l’attività dell’ipotalamo posteriore medi direttamente l’impatto positivo della luce sulle prestazioni cognitive e forse suggerisce il coinvolgimento di altre regioni del cervello, che richiedono ulteriori ricerche.
D'altra parte, l'attività dell'ipotalamo posteriore è risultata associata ad un aumento della risposta comportamentale al compito emotivo. Ciò suggerisce che l'associazione tra prestazioni cognitive e attività dell'ipotalamo posteriore potrebbe essere dipendente dal contesto; in alcuni compiti, alcuni nuclei dell'ipotalamo o popolazioni neuronali possono essere reclutati per aumentare le prestazioni, ma non in altri.
Esplorare l'ampio potenziale della terapia della luce
Gli autori chiedono che il lavoro futuro in quest’area valuti l’impatto della luce su altre strutture o intere reti del cervello per determinare come i diversi livelli di luce modificano la loro diafonia e le interazioni con la corteccia per determinare cambiamenti comportamentali.
“È importante rispondere alle domande che rimangono dal nostro studio perché agire sulla luce rappresenta un mezzo promettente e facile da implementare per ridurre l'affaticamento durante il giorno, migliorare i difetti cognitivi e consentire un sonno ristoratore con costi ed effetti collaterali minimi”, afferma Campbell. in un rilascio.
Autore senior Gilles Vandewalle, PhD, co-direttore del GIGA-CRC Human Imaging, Università di Liegi, aggiunge in un comunicato: “I nostri risultati dimostrano che l’ipotalamo umano non risponde in modo uniforme a diversi livelli di luce mentre è impegnato in una sfida cognitiva. È stato scoperto che livelli più elevati di luce sono associati a prestazioni cognitive più elevate e i nostri risultati indicano che questo impatto stimolante è mediato, in parte, dall’ipotalamo posteriore. È probabile che questa regione lavori congiuntamente alla ridotta attività dell’ipotalamo anteriore e inferiore, insieme ad altre strutture cerebrali diverse dall’ipotalamo che regolano la veglia”.
Campbell osserva in un comunicato: “L'illuminazione mirata per uso terapeutico è una prospettiva entusiasmante. Tuttavia, sarà necessaria una comprensione più completa di come la luce influisce sul cervello, in particolare a livello sottocorticale. I nostri risultati rappresentano un passo importante verso questo obiettivo, a livello dell’ipotalamo”.
