L’exposition à des niveaux élevés de lumière peut aider les gens à se sentir plus éveillés et à augmenter leurs performances cognitives, probablement en influençant l’activité de certaines parties d’une région du cerveau appelée hypothalamus, selon une nouvelle étude.
L’étude est publiée aujourd’hui dans eLife et revêt une importance fondamentale et représente une avancée majeure dans notre compréhension de la façon dont les différents niveaux de lumière affectent le comportement humain. Ces résultats pourraient servir de base à divers traitements de luminothérapie visant à améliorer la qualité du sommeil et l’état émotionnel d’une personne, et à l’aider à se sentir plus éveillée et à mieux accomplir ses tâches tout au long de la journée. .
Les effets biologiques de l’exposition à la lumière ont été bien documentés ces dernières années. Il a été démontré que des niveaux d’éclairage plus élevés améliorent la vigilance et les performances cognitives. Ces effets dépendent principalement d’une sous-classe de cellules photosensibles de la rétine, appelées ipRCG. Ces cellules se déplacent dans de nombreuses zones du cerveau, mais leurs projections sont plus denses dans l’hypothalamus, qui est généralement associé à la régulation des rythmes circadiens, du sommeil et de la vigilance, ainsi qu’aux fonctions cognitives. Cependant, les connaissances sur les circuits cérébraux qui sont à l’origine des effets biologiques de la lumière proviennent presque exclusivement d’études réalisées sur des animaux.
““Il est difficile de traduire chez l’homme les découvertes sur la manière dont l’exposition à la lumière affecte le cerveau des modèles animaux, car la maturation ultérieure du cortex chez l’homme permet un traitement cognitif beaucoup plus complexe.”, explique l’auteur principal Islay Campbell, ancien doctorant au GIGA, aujourd’hui doctorant. “En particulier, il n’est pas établi si les noyaux de l’hypothalamus contribuent à l’impact stimulant de la lumière sur la cognition..
Pour mieux comprendre l’impact de la lumière sur la cognition humaine, Islay Campbell et ses collègues ont recruté 26 jeunes adultes en bonne santé pour participer à leur étude. Ils ont demandé à chaque participant d’effectuer deux tâches cognitives auditives : une tâche exécutive modifiée de la « tâche n-back », dans laquelle les participants devaient déterminer si leur son actuel était le même que celui qu’ils avaient entendu deux fois plus tôt, ou s’il contenait la lettre « K » ; et une tâche émotionnelle, dans laquelle les participants devaient identifier le sexe d’une voix prononcée sur un ton neutre ou colérique. Chaque tâche a été réalisée alors que les individus étaient alternativement placés dans l’obscurité ou exposés à de courtes périodes de lumière à quatre niveaux d’éclairage. L’équipe a utilisé une technique appelée imagerie par résonance magnétique fonctionnelle 7 Tesla, qui offre une résolution et un rapport signal/bruit plus élevés que l’IRM 3 Tesla standard, pour évaluer l’impact de différents niveaux d’éclairage sur l’activité de l’hypothalamus pendant les tâches.
Ils ont constaté que, au cours des deux tâches, des niveaux de lumière plus élevés déclenchaient une activité accrue dans l’hypothalamus postérieur. En revanche, l’hypothalamus inférieur et l’hypothalamus antérieur ont suivi un schéma apparemment opposé, présentant une activité réduite sous des niveaux de lumière plus élevés.
Ensuite, l’équipe a cherché à déterminer si ces changements dans l’activité régionale de l’hypothalamus étaient liés à un changement dans les performances cognitives. Il s’est concentré sur l’évaluation des performances des participants au cours de la tâche exécutive, car celle-ci nécessite un niveau cognitif plus élevé. Leur analyse a révélé que des niveaux de lumière plus élevés entraînaient en réalité de meilleures performances dans la tâche, indiquant une augmentation des performances cognitives. Il est important de noter que l’augmentation des performances cognitives sous un éclairage plus élevé est négativement corrélée à l’activité de l’hypothalamus postérieur. Il est donc peu probable que l’activité de l’hypothalamus postérieur soit le médiateur direct de l’impact positif de la lumière sur les performances cognitives, ce qui pourrait indiquer que d’autres régions du cerveau sont impliquées, ce qui nécessiterait des recherches plus approfondies. plus en profondeur.
D’autre part, l’activité de l’hypothalamus postérieur s’est avérée associée à une réponse comportementale accrue à la tâche émotionnelle. Cela suggère que l’association entre les performances cognitives et l’activité de l’hypothalamus postérieur peut dépendre du contexte – dans certaines tâches, certains noyaux de l’hypothalamus ou populations neuronales peuvent être recrutés pour augmenter les performances, mais pas dans d’autres.
Les auteurs appellent à des travaux futurs dans ce domaine pour évaluer l’impact de la lumière sur d’autres structures, ou sur des réseaux cérébraux entiers, afin de déterminer comment les différents niveaux de lumière modifient leur dialogue et leurs interactions avec le cortex pour provoquer des changements de comportement.
« Il est important de répondre aux questions soulevées par notre étude, car agir sur la lumière représente un moyen prometteur et facile à mettre en œuvre pour réduire la fatigue tout au long de la journée, améliorer les troubles cognitifs et permettre un sommeil réparateur avec un coût et des effets secondaires minimes. »dit Islay Campbell.
“Nos résultats démontrent que l’hypothalamus humain ne répond pas uniformément aux différents niveaux de lumière lorsqu’il est engagé dans un défi cognitif”explique l’auteur principal, Gilles Vandewalle, co-directeur du GIGA-CRC Human Imaging. «Nos résultats indiquent que cet impact stimulant est médié, en partie, par l’hypothalamus postérieur. Cette région est susceptible d’agir en conjonction avec la diminution de l’activité de l’hypothalamus antérieur et inférieur, ainsi qu’avec d’autres structures cérébrales non hypothalamiques qui régulent l’éveil. ».
« L’éclairage ciblé à des fins thérapeutiques est une perspective passionnante. Cependant, cela nécessitera une compréhension plus complète de la façon dont la lumière affecte le cerveau, en particulier au niveau sous-cortical. Nos résultats représentent une étape importante vers cet objectif, au niveau de l’hypothalamus »note Islay Campbell.
Référence
https://elifesciences.org/reviewed-preprints/96576
Contact
Gilles Vandewalle
