Studi tersebut menemukan bahwa paparan cahaya dikaitkan dengan keterampilan kognitif yang lebih tajam

Penelitian menunjukkan bahwa peningkatan paparan cahaya dapat meningkatkan aktivitas di bagian otak yang dikenal sebagai hipotalamus dan meningkatkan kinerja kognitif.

Penelitian baru menunjukkan bahwa paparan cahaya yang lebih besar dapat meningkatkan kewaspadaan dan kinerja kognitif, dengan mempengaruhi aktivitas di area otak yang dikenal sebagai hipotalamus.

Studi ini dipublikasikan di jurnal ehidup, yang dijelaskan oleh editor sebagai hal yang sangat penting, dan mewakili kemajuan besar dalam pemahaman kita tentang bagaimana tingkat cahaya yang berbeda mempengaruhi perilaku manusia. Kekuatan bukti dipuji karena meyakinkan, mendukung analisis penulis mengenai interaksi kompleks antara paparan cahaya, aktivitas hipotalamus, dan fungsi kognitif.

Seiring dengan semakin banyaknya penelitian yang dilakukan, temuan ini dapat digunakan untuk memandu berbagai perawatan terapi cahaya untuk meningkatkan kualitas tidur dan keadaan emosional seseorang, membantu mereka merasa lebih waspada dan melakukan tugas dengan lebih baik sepanjang hari.

Efek biologis dari paparan cahaya telah didokumentasikan dengan baik dalam beberapa tahun terakhir. Pencahayaan tinggi telah terbukti merangsang kewaspadaan dan kinerja kognitif. Efek ini terutama bergantung pada subkelas sel peka cahaya di retina, yang disebut ipRCGs. Sel-sel ini diproyeksikan ke berbagai area otak, namun proyeksinya paling banyak ditemukan di hipotalamus, yang biasanya terkait dengan pengaturan ritme sirkadian, tidur, terjaga, dan fungsi kognitif. Namun, pengetahuan tentang sirkuit otak yang mendasari efek biologis cahaya hampir seluruhnya muncul dari penelitian pada hewan.

Detail dan hasil studi

“Menerjemahkan temuan tentang bagaimana paparan cahaya mempengaruhi otak pada model hewan ke manusia merupakan proses yang menantang, karena keterlambatan pematangan korteks serebral pada manusia memungkinkan pemrosesan kognitif yang jauh lebih kompleks,” jelas penulis utama Islay Campbell, mantan mahasiswa doktoral di GIGA. – CRC Human Imaging – Sekarang memegang gelar PhD – University of Liège, Belgia. “Secara khusus, pertanyaan apakah inti hipotalamus berkontribusi terhadap efek stimulasi cahaya pada persepsi belum diketahui.”

Untuk lebih memahami pengaruh cahaya terhadap kognisi manusia, Campbell dan rekannya merekrut 26 pria muda yang sehat untuk berpartisipasi dalam penelitian mereka. Mereka meminta setiap peserta untuk menyelesaikan dua tugas kognitif pendengaran; Tugas eksekutif yang dimodifikasi dari “tugas n-back” di mana peserta diminta untuk menentukan apakah bunyi saat ini identik dengan bunyi yang mereka dengar dua benda sebelumnya, atau mengandung huruf “K”; dan tugas emosional, di mana peserta diminta mengidentifikasi jenis kelamin suara yang diucapkan dengan nada netral atau nada marah. Setiap tugas diselesaikan saat subjek ditempatkan dalam kegelapan, atau terkena cahaya dalam waktu singkat pada empat tingkat pencahayaan. Tim menggunakan teknik yang disebut MRI fungsional 7-Tesla, yang memiliki resolusi lebih tinggi dan rasio signal-to-noise dibandingkan MRI 3-Tesla standar, untuk mengevaluasi efek tingkat cahaya yang berbeda pada aktivitas hipotalamus selama melakukan tugas. .

Mereka menemukan bahwa selama kedua tugas tersebut, tingkat cahaya yang lebih tinggi menyebabkan peningkatan aktivitas di hipotalamus posterior. Sebaliknya, hipotalamus inferior dan anterior mengikuti pola yang tampaknya berlawanan, menunjukkan penurunan aktivitas di bawah tingkat cahaya yang lebih tinggi.

Selanjutnya, tim berusaha untuk menentukan apakah perubahan aktivitas hipotalamus ini dikaitkan dengan perubahan kinerja kognitif. Mereka fokus pada penilaian kinerja peserta selama tugas eksekutif, karena solusinya memerlukan tingkat kognisi yang lebih tinggi. Analisis mereka mengungkapkan bahwa tingkat cahaya yang lebih tinggi sebenarnya menghasilkan kinerja tugas yang lebih baik, yang menunjukkan peningkatan kinerja kognitif. Yang penting, peningkatan kinerja kognitif di bawah pencahayaan tinggi ditemukan berhubungan negatif secara signifikan dengan aktivitas hipotalamus posterior. Hal ini membuat aktivitas hipotalamus posterior tidak secara langsung memediasi efek positif cahaya pada kinerja kognitif, dan mungkin mengindikasikan wilayah otak lain terlibat, sehingga memerlukan penelitian lebih lanjut.

Di sisi lain, aktivitas hipotalamus posterior ditemukan berhubungan dengan peningkatan respons perilaku terhadap tugas emosional. Hal ini menunjukkan bahwa hubungan antara kinerja kognitif dan aktivitas hipotalamus posterior mungkin bergantung pada konteks—dalam beberapa tugas, beberapa inti hipotalamus atau populasi saraf mungkin direkrut untuk meningkatkan kinerja, namun tidak pada tugas lain.

Arah dan kesimpulan penelitian di masa depan

Para penulis menyerukan penelitian di masa depan dalam bidang ini untuk mengevaluasi efek cahaya pada struktur lain, atau seluruh jaringan otak, untuk menentukan bagaimana berbagai tingkat cahaya memodulasi crosstalk dan interaksinya dengan korteks untuk menghasilkan perubahan perilaku.

“Pertanyaan yang tersisa dari penelitian kami penting untuk dijawab, karena pekerjaan ringan merupakan metode yang menjanjikan dan mudah diterapkan untuk mengurangi kelelahan sepanjang hari, memperbaiki defisit kognitif dan memungkinkan tidur malam yang nyenyak dengan biaya dan efek samping yang minimal,” dia mengatakan. Campbell.

“Hasil kami menunjukkan bahwa hipotalamus manusia tidak merespons secara seragam terhadap berbagai tingkat cahaya saat terlibat dalam tantangan kognitif,” kata penulis utama, Gilles Vandewalle, Co-Director GIGA-CRC Human Imaging, University of Liège. “Tingkat cahaya yang lebih tinggi ditemukan berhubungan dengan kinerja kognitif yang lebih tinggi, dan hasil kami menunjukkan bahwa efek stimulasi ini sebagian dimediasi oleh hipotalamus posterior. Wilayah ini kemungkinan berfungsi bersama dengan penurunan aktivitas hipotalamus anterior dan inferior. bersama dengan struktur otak selain hipotalamus yang mengatur kewaspadaan.

“Pencahayaan yang ditargetkan untuk penggunaan terapeutik adalah peluang yang menarik. Namun, hal ini memerlukan pemahaman yang lebih komprehensif tentang bagaimana cahaya mempengaruhi otak, terutama pada tingkat subkortikal. Temuan kami mewakili langkah penting menuju tujuan ini, pada tingkat hipotalamus. ”

Referensi: “Respon regional terhadap isyarat cahaya melalui hipotalamus manusia” oleh Islay Campbell, Roya Sharifpour, José Fermin Balda Aizpurua, Elise Beckers, Elenia Paparella, Alexander Berger, Ekaterina Koshmanova, Nasrin Mortazavi, John Reed, Mikhail Zubkov, dan Puneet Talwar, dan Fabien Collet, Sia Sharif, Christophe Philips, Laurent Lamalle dan Gilles Vandewalle, 23 April 2024, ehidup.
doi: 10.7554/eLife.96576.1