zhrnutie: Nová štúdia skúma, ako rôzne úrovne svetla ovplyvňujú kognitívne funkcie ovplyvňovaním aktivity hypotalamu mozgu. Štúdia použila pokročilé 7-Tesla funkčné MRI, aby ukázala, že vyššie úrovne svetla zlepšujú kognitívny výkon počas zložitých úloh.

Toto spojenie medzi vystavením svetlu a funkciou mozgu naznačuje možnosť použitia svetelných terapií na zvýšenie bdelosti a kognitívnych schopností počas dňa. Zistenia pripravujú pôdu pre ďalšie skúmanie toho, ako svetlo ovplyvňuje rôzne mozgové štruktúry a mohli by pomôcť pri vývoji nechirurgickej liečby kognitívnej únavy a porúch spánku.

Kľúčové fakty:

1. Vyššie úrovne vystavenia svetlu boli spojené so zvýšenou aktivitou v zadnom hypotalame a zlepšeným výkonom pri kognitívnych úlohách.
2. Štúdia použila 7-Tesla fMRI, ktorá poskytuje pohľady s vysokým rozlíšením o tom, ako svetlo ovplyvňuje aktivitu hypotalamu.
3. Zatiaľ čo zvýšené hladiny svetla zvýšili kognitívnu výkonnosť, presné nervové mechanizmy a zahrnuté oblasti mozgu si vyžadujú ďalšie skúmanie.

zdroj: eLife

Podľa nového výskumu môže vystavenie vyšším úrovniam svetla pomôcť ľuďom cítiť sa ostražitejšie a zvýšiť kognitívny výkon, možno tým, že ovplyvní aktivitu častí oblasti mozgu nazývanej hypotalamus.

Štúdia, ktorá bola dnes publikovaná ako predtlačová recenzia v eLifektorú redaktori opísali ako zásadne dôležitú a predstavujúcu veľký pokrok v našom chápaní toho, ako rôzne úrovne svetla ovplyvňujú ľudské správanie.

Sila dôkazov bola ocenená ako presvedčivá, podporujúca autorov analýzy komplexnej súhry medzi vystavením svetlu, hypotalamickou aktivitou a kognitívnymi funkciami.

Ako sa vykonáva ďalší výskum, zistenia by sa mohli použiť na vedenie rôznych svetelných terapií na zvýšenie kvality spánku a emocionálneho stavu jednotlivca, čo im pomôže cítiť sa ostražitejšie a lepšie vykonávať úlohy počas dňa.

Biologické účinky vystavenia svetlu boli v posledných rokoch dobre zdokumentované. Ukázalo sa, že vysoké osvetlenie stimuluje bdelosť a kognitívny výkon. Tieto účinky závisia predovšetkým od podtriedy buniek citlivých na svetlo v sietnici, nazývaných ipRCG.

Tieto bunky sa premietajú do viacerých oblastí mozgu, ale projekcie sa nachádzajú najhustejšie v hypotalame, ktorý je zvyčajne spojený s reguláciou cirkadiánnych rytmov, spánku, bdelosti a kognitívnych funkcií.

Tieto poznatky o mozgových okruhoch, ktoré sú základom biologických účinkov svetla, však vyplynuli takmer výlučne zo štúdií na zvieratách.

„Prenos zistení o tom, ako vystavenie svetlu ovplyvňuje mozog na zvieracích modeloch na ľudí, je náročný proces, pretože oneskorené dozrievanie mozgovej kôry u ľudí umožňuje oveľa komplexnejšie kognitívne spracovanie,“ vysvetľuje hlavný autor Islay Campbell, bývalý doktorand na GIGA. – CRC Human Imaging – Teraz je držiteľom doktorátu – Univerzita v Liège, Belgicko.

„Predovšetkým nebola stanovená otázka, či hypotalamické jadrá prispievajú k stimulačnému účinku svetla na vnímanie.“

Pre lepšie pochopenie vplyvu svetla na ľudské poznanie Campbell a jeho kolegovia naverbovali 26 zdravých mladých mužov, aby sa zúčastnili ich štúdie.

Požiadali každého účastníka, aby dokončil dve auditívne kognitívne úlohy; Výkonná úloha upravená z „úlohy n-back“, v ktorej boli účastníci požiadaní, aby určili, či je aktuálny zvuk identický so zvukom, ktorý predtým počuli, alebo či obsahuje písmeno „K“; a emocionálna úloha, v ktorej boli účastníci požiadaní, aby identifikovali pohlavie zvuku hovoreného neutrálnym tónom alebo nahnevaným tónom.

Každá úloha bola dokončená, keď boli subjekty umiestnené v tme alebo vystavené krátkym periódam svetla pri štyroch úrovniach osvetlenia.

Tím použil techniku ​​nazývanú 7-Tesla funkčná MRI, ktorá má vyššie rozlíšenie a pomer signálu k šumu ako štandardná 3-Tesla MRI, na vyhodnotenie vplyvu rôznych úrovní svetla na aktivitu hypotalamu počas úloh. .

Zistili, že počas oboch úloh viedli vyššie hladiny svetla k zvýšenej aktivite v zadnom hypotalame. Na rozdiel od toho, dolný a predný hypotalamus sledovali zdanlivo opačný vzor a vykazovali zníženú aktivitu pri vyšších úrovniach svetla.

Ďalej sa tím snažil zistiť, či tieto zmeny hypotalamickej aktivity súviseli so zmenami v kognitívnom výkone. Zamerali sa na hodnotenie výkonu účastníkov počas výkonnej úlohy, keďže jej riešenie si vyžaduje vyššiu úroveň poznania.

Ich analýza odhalila, že vyššie úrovne svetla v skutočnosti viedli k lepšiemu výkonu v úlohe, čo naznačuje zvýšenie kognitívneho výkonu. Dôležité je, že sa zistilo, že zvýšenie kognitívnej výkonnosti pri vysokom osvetlení je významne negatívne spojené s aktivitou zadného hypotalamu.

Preto je nepravdepodobné, že by aktivita zadného hypotalamu priamo sprostredkovala pozitívny účinok svetla na kognitívnu výkonnosť a môže naznačovať, že sú zapojené aj iné oblasti mozgu, čo si vyžaduje ďalší výskum.

Na druhej strane sa zistilo, že aktivita zadného hypotalamu je spojená so zvýšenou behaviorálnou reakciou na emocionálnu úlohu. To naznačuje, že spojenie medzi kognitívnou výkonnosťou a zadnou hypotalamickou aktivitou môže závisieť od kontextu – v niektorých úlohách môžu byť niektoré hypotalamické jadrá alebo skupiny neurónov prijaté na zvýšenie výkonu, ale nie v iných.

Autori požadujú budúcu prácu v tejto oblasti na vyhodnotenie vplyvu svetla na iné štruktúry alebo celé siete mozgu, aby sa určilo, ako meniace sa úrovne svetla modulujú presluchy a ich interakcie s kôrou, aby vyvolali zmeny správania.

„Zostávajúce otázky z našej štúdie je dôležité zodpovedať, pretože ľahká práca predstavuje sľubnú, ľahko implementovateľnú metódu na zníženie celodennej únavy, zlepšenie kognitívnych deficitov a umožnenie pokojného nočného spánku s minimálnymi nákladmi a vedľajšími účinkami,“ povedal. hovorí. Campbell.

„Naše výsledky ukazujú, že ľudský hypotalamus nereaguje rovnomerne na rôzne úrovne svetla, keď je zapojený do kognitívnej výzvy,“ hovorí hlavný autor Gilles Vandewalle, spoluriaditeľ GIGA-CRC Human Imaging, Univerzita v Liège.

„Zistilo sa, že vyššie hladiny svetla sú spojené s vyšším kognitívnym výkonom a naše výsledky naznačujú, že tento stimulačný účinok je čiastočne sprostredkovaný zadným hypotalamom.

„Táto oblasť pravdepodobne funguje spoločne so zníženou aktivitou predného a dolného hypotalamu spolu s mozgovými štruktúrami inými ako hypotalamus, ktoré regulujú bdelosť.“

„Cielené osvetlenie na terapeutické použitie je vzrušujúcou príležitosťou, bude si však vyžadovať komplexnejšie pochopenie toho, ako svetlo ovplyvňuje mozog, najmä na subkortikálnej úrovni. “

O tomto vnímaní výskumné novinky

autor: Emily Packerová
zdroj: eLife
komunikácia: Emily Packer – eLife
obrázok: Obrázok pripísaný Neuroscience News

Pôvodné vyhľadávanie: Otvorený prístup.
„Regionálna odpoveď na svetelný jas cez ľudský hypotalamus„Od Islay Campbell a kol. eLife

Súhrn

Regionálna odpoveď na svetelný jas cez ľudský hypotalamus

Svetlo má na fyziológiu viaceré biologické účinky, ktoré nevytvárajú obraz, vrátane stimulácie bdelosti a kognície. Avšak subkortikálne okruhy, ktoré sú základom stimulačného účinku svetla, neboli u ľudí stanovené.

Použili sme 7 Tesla funkčné zobrazovanie magnetickou rezonanciou na vyhodnotenie účinku variácií jasu svetla na regionálnu aktivitu hypotalamu, zatiaľ čo zdraví mladí muži (N = 26; 16 žien; 24,3 ± 2,9 rokov) dokončili dve sluchové kognitívne úlohy.

Zistili sme, že počas výkonných aj afektívnych úloh viedlo vysoké osvetlenie k zvýšenej aktivite nad zadnou časťou hypotalamu, ktorá zahŕňa časť tuberálneho jadra a zadnú časť laterálneho hypotalamu.

Na rozdiel od toho zvýšené osvetlenie vyvolalo pokles aktivity v prednej a ventrálnej časti hypotalamu, ktorý zahŕňa najmä suprachiazmatické jadro a ďalšiu časť tuberomammilárneho jadra.

Dôležité je, že výkon výkonných úloh sa zlepšil pri vyššom osvetlení a bol negatívne spojený so zadnou hypotalamickou aktivitou.

Tieto zistenia odhaľujú zreteľnú lokálnu dynamiku rôznych oblastí hypotalamu, ktorá je základom účinku svetla na vnímanie. Môžu naznačovať, že svetlo pôsobí na orexínový a histamínový systém a ovplyvňuje kvalitu bdelosti.