Regionale Reaktion auf die Lichtstärke im menschlichen Hypothalamus
27.04.2024 Eine höhere Lichtexposition kann dazu beitragen, dass Menschen sich wacher fühlen und ihre kognitiven Leistungen steigern. Dies geschieht wahrscheinlich durch die Beeinflussung der Aktivität von Teilen einer Hirnregion, die als Hypothalamus bezeichnet wird, so eine neue Forschungsarbeit.
Die in der Fachzeitschrift eLife veröffentlichte Studie wird von den Herausgebern als von grundlegender Bedeutung beschrieben und stellt einen entscheidenden Fortschritt für unser Verständnis der Auswirkungen unterschiedlicher Lichtstärken auf das menschliche Verhalten dar. Die Studie gibt Aufschluss über das komplexe Zusammenspiel zwischen Lichtexposition, hypothalamischer Aktivität und kognitiver Funktion.
Auswirkungen von Licht auf die menschliche Kognition
Um die Auswirkungen von Licht auf die menschliche Kognition besser zu verstehen, rekrutierten Islay Campbell von der University of Liège und Kollegen 26 gesunde junge Erwachsene für ihre Studie. Sie baten jeden Teilnehmer, zwei auditive kognitive Aufgaben zu absolvieren: eine von der „n-back-Aufgabe“ abgewandelte Exekutivaufgabe, bei der die Teilnehmer feststellen sollten, ob ein aktuelles Geräusch mit dem, das sie zwei Elemente zuvor gehört hatten, identisch war oder den Buchstaben „K“ enthielt, und eine emotionale Aufgabe, bei der die Teilnehmer das Geschlecht einer Stimme identifizieren sollten, die entweder in einem neutralen oder einem wütenden Tonfall ausgesprochen wurde.
Jede Aufgabe wurde gelöst, während die Probanden abwechselnd im Dunkeln saßen oder kurzen Lichtperioden in vier Beleuchtungsstufen ausgesetzt waren. Das Team verwendete eine Technik namens funktionelle 7-Tesla-Magnetresonanztomographie, die im Vergleich zur herkömmlichen 3-Tesla-MRT eine höhere Auflösung und ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis aufweist, um die Auswirkungen der verschiedenen Beleuchtungsstufen auf die Aktivität des Hypothalamus während der Aufgaben zu bewerten.
Lichtintensität und Hypothalamusaktivität
Die Forscher fanden heraus, dass bei beiden Aufgaben höhere Lichtstärken eine Zunahme der Aktivität im hinteren Hypothalamus auslösten. Im Gegensatz dazu folgten der inferiore und der anteriore Hypothalamus einem scheinbar gegenteiligen Muster und zeigten bei höheren Lichtstärken eine geringere Aktivität.
Als Nächstes versuchte das Team festzustellen, ob diese Veränderungen in der regionalen Hypothalamusaktivität mit einer Veränderung der kognitiven Leistung zusammenhingen. Sie konzentrierten sich auf die Bewertung der Leistung der Teilnehmer bei der Exekutivaufgabe, da diese ein höheres Maß an kognitiver Leistung erfordert. Ihre Analyse ergab, dass eine höhere Lichtintensität tatsächlich zu einer besseren Leistung bei der Aufgabe führte, was auf eine Steigerung der kognitiven Leistung hindeutet.
Wichtig ist, dass der Anstieg der kognitiven Leistung bei höherer Beleuchtungsstärke signifikant negativ mit der Aktivität des hinteren Hypothalamus korreliert war. Dies macht es unwahrscheinlich, dass die Aktivität des hinteren Hypothalamus die positiven Auswirkungen des Lichts auf die kognitive Leistung direkt vermittelt, und deutet möglicherweise darauf hin, dass andere Hirnregionen beteiligt sind, was weitere Forschung erfordert.
Andererseits wurde festgestellt, dass die Aktivität des hinteren Hypothalamus mit einer verstärkten Verhaltensreaktion auf die emotionale Aufgabe verbunden war. Dies deutet darauf hin, dass der Zusammenhang zwischen kognitiver Leistung und der Aktivität des hinteren Hypothalamus kontextabhängig sein könnte – bei einigen Aufgaben können bestimmte Hypothalamuskerne oder Neuronenpopulationen zur Leistungssteigerung rekrutiert werden, bei anderen jedoch nicht.
Die Autoren rufen dazu auf, in Zukunft die Auswirkungen von Licht auf andere Strukturen oder ganze Netzwerke des Gehirns zu untersuchen, um festzustellen, wie unterschiedliche Lichtstärken ihr Zusammenspiel und ihre Interaktionen mit dem Kortex verändern, um Verhaltensänderungen zu bewirken.
„Die Fragen, die sich aus unserer Studie ergeben, sind wichtig, denn der Umgang mit Licht ist ein vielversprechendes, einfach umzusetzendes Mittel, um die Müdigkeit während des Tages zu verringern, kognitive Störungen zu verbessern und einen erholsamen Schlaf mit minimalen Kosten und Nebenwirkungen zu ermöglichen“, sagt Campbell.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass der menschliche Hypothalamus während einer kognitiven Herausforderung nicht gleichmäßig auf unterschiedliche Lichtstärken reagiert“, sagt Koautor Gilles Vandewalle, Co-Direktor des GIGA-CRC Human Imaging an der Universität Lüttich. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese stimulierende Wirkung zum Teil durch den hinteren Hypothalamus vermittelt wird. Es ist wahrscheinlich, dass diese Region mit der verringerten Aktivität des vorderen und des unteren Hypothalamus zusammenarbeitet, zusammen mit anderen Gehirnstrukturen, die nicht zum Hypothalamus gehören und die Wachsamkeit regulieren“.
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