Livelli più elevati di luce portano a un cambiamento nell’attività in una regione del cervello chiamata ipotalamo e a un miglioramento delle prestazioni cognitive
Secondo una nuova ricerca, 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.
Lo studio, pubblicato come Reviewed Preprint in eLife (1), 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. La forza delle prove è lodata come convincente, a sostegno delle analisi degli autori sulla complessa interazione tra esposizione alla luce, attività ipotalamica e funzione cognitiva.
Con ulteriori ricerche, i risultati potrebbero essere utilizzati per informare vari trattamenti di terapia della luce con l'intento di aumentare la qualità del sonno e lo stato affettivo di un individuo e aiutarlo a sentirsi più sveglio e a svolgere meglio le attività durante il giorno.
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», spiega l'autrice principale Islay Campbell (2), ex studente di dottorato presso il GIGA - CRC Human Imaging - ora ha conseguito il dottorato all'University of Liège, Belgio. «In particolare, non è stata stabilita la questione se i nuclei dell’ipotalamo contribuiscano all’impatto stimolante della luce sulla cognizione».
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. Ciascun 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.
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 le prestazioni cognitive e l’attività dell’ipotalamo posteriore può 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.
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.
Secondo la dottoressa Islay Campbell «È importante rispondere alle domande che restano 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.
«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», afferma l'autore senior, Gilles Vandewalle, co-direttore del GIGA-CRC Human Imaging, University of Liège.
«Si è 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. 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», conclude Campbell.
Riferimenti:
(2) Islay Campbell
Descrizione foto: Lampadari immortalati in una stanza della Villa Reale di Monza, nota anche come Reggia di Monza. - Credit: Redazione ECplanet.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Higher light levels may improve cognitive performance