Auswirkungen kalibrierter Lichtverschiebungen zwischen Blau und Gelb auf die menschliche zirkadiane Uhr

Universität Basel

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Vision ist ein komplexer Prozess. Die visuelle Wahrnehmung der Umgebung entsteht durch eine Kombination verschiedener Lichtwellenlängen, die im Gehirn in Farben und Helligkeit entschlüsselt werden. Fotorezeptoren in der Netzhaut wandeln Licht zunächst in elektrische Impulse um: Bei genügend Licht ermöglichen die Zapfen scharfes, detailliertes und farbiges Sehen. Stäbchen tragen nur bei schlechten Lichtverhältnissen zum Sehvermögen bei, sodass zwar verschiedene Grautöne unterschieden werden können, das Sehen jedoch deutlich ungenauer ist. Die elektrischen Nervenimpulse werden schließlich an die Ganglienzellen der Netzhaut und dann über den Sehnerv an die Sehrinde des Gehirns weitergeleitet. Diese Gehirnregion verarbeitet neuronale Aktivität in ein Farbbild.

Was beeinflusst die innere Uhr?

Umgebungslicht ermöglicht uns jedoch nicht nur das Sehen, sondern beeinflusst auch unseren Schlaf-Wach- Rhythmus. Eine wichtige Rolle spielen dabei spezialisierte Ganglienzellen, die ebenso wie Stäbchen und Zapfen lichtempfindlich sind und besonders stark auf kurzwelliges Licht, etwa 490 Nanometer, reagieren. Wenn Licht nur aus kurzen Wellenlängen von 440 bis 490 Nanometern besteht, nehmen wir es als blau wahr . Aktiviert kurzwelliges Licht die Ganglienzellen, signalisieren sie der inneren Uhr, dass es Tag ist . Ausschlaggebend ist hierbei die Intensität des Lichts pro Wellenlänge; die wahrgenommene Farbe ist nicht relevant.

„Allerdings erhalten auch lichtempfindliche Ganglienzellen Informationen von den Zapfen. Da stellt sich die Frage, ob die Zapfen und damit die Farbe des Lichts auch einen Einfluss auf die innere Uhr haben. Denn am auffälligsten verändert sich die Helligkeit und Farbe des Lichts.“ treten bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang auf und markieren den Beginn und das Ende des Tages“, sagt Dr. Christine Blume. Am Zentrum für Chronobiologie der Universität Basel erforscht sie die Wirkung von Licht auf den Menschen und ist Erstautorin einer Studie, die die Wirkung verschiedener Lichtfarben auf die innere Uhr und den Schlaf untersucht. Das Forscherteam der Universität Basel und der TUM hat seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift „ Nature Human Behavior “ veröffentlicht.

Helle Farben im Vergleich

„Eine Studie an Mäusen aus dem Jahr 2019 legte nahe, dass gelbliches Licht einen stärkeren Einfluss auf die innere Uhr hat als bläuliches Licht“, sagt Christine Blume. Beim Menschen wird die Hauptwirkung von Licht auf die innere Uhr und den Schlaf wahrscheinlich durch lichtempfindliche Ganglienzellen vermittelt. „Es gibt jedoch Grund zu der Annahme, dass die von den Zapfen kodierte Lichtfarbe auch für die innere Uhr relevant sein könnte.“

Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, setzten die Forscher 16 gesunde Freiwillige am späten Nachmittag eine Stunde lang einem blauen oder gelblichen Lichtreiz sowie als Kontrollbedingung einem weißen Lichtreiz aus. Die Lichtreize wurden so konzipiert, dass sie die farbempfindlichen Zapfen der Netzhaut differenziert und hochkontrolliert aktivierten. Allerdings war die Stimulation der lichtempfindlichen Ganglienzellen in allen drei Fällen gleich. Daher waren die Unterschiede in der Lichtwirkung direkt auf die jeweilige Stimulation der Zapfen und letztlich auf die Farbe des Lichts zurückzuführen.

„Diese Methode der Lichtstimulation ermöglicht es uns, die Eigenschaften des Lichts, die die Wirkung von Licht auf den Menschen beeinflussen können, experimentell und sauber zu trennen“, sagt Manuel Spitschan, Professor für Chronobiologie und Gesundheit an der Technischen Universität München. die auch mitgemacht haben. in der Studie.

Um die Wirkung verschiedener Lichtreize auf den Körper zu verstehen, ermittelten die Forscher im Schlaflabor, ob sich die innere Uhr der Teilnehmer je nach Lichtfarbe verändert hatte. Darüber hinaus ermittelten sie, wie lange die Probanden zum Einschlafen brauchten und wie tief sie zu Beginn der Nacht schliefen. Die Forscher fragten auch nach ihrer Müdigkeit und testeten ihre Reaktionsfähigkeit, die mit zunehmender Schläfrigkeit abnimmt.

Ganglienzellen sind von entscheidender Bedeutung

Das Fazit: „Wir haben keine Hinweise darauf gefunden, dass Lichtfarbvariationen in einer blau-gelben Dimension eine relevante Rolle für die innere Uhr oder den Schlaf des Menschen spielen“, sagt Christine Blume. Dies widerspricht den Ergebnissen der oben genannten Mausstudie. „Vielmehr stützen unsere Ergebnisse die Erkenntnisse vieler anderer Studien, wonach lichtempfindliche Ganglienzellen für die innere Uhr des Menschen am wichtigsten sind“, sagt der Wissenschaftler.

Manuel Spitschan hält die Studie für einen wichtigen Schritt zur Umsetzung der Grundlagenforschung in die Praxis: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es bei der Planung und Gestaltung von Beleuchtung wohl am wichtigsten ist, die Wirkung von Licht auf die lichtempfindlichen Ganglienzellen zu berücksichtigen. Die Zapfen und.“ Daher spielt die Farbe eine sehr untergeordnete Rolle.

Es bleibt abzuwarten, ob die Lichtfarbe auch dann Einfluss auf den Schlaf hat , wenn sich die Parameter ändern und beispielsweise die Dauer der Lichteinwirkung verlängert wird oder zu einem anderen Zeitpunkt erfolgt. Fragen wie diese sollten Folgestudien beantworten.

Nachtmodus auf Bildschirmen: sinnvoll oder nicht?

Wir hören oft, dass der kurzwellige Anteil des Lichts von Smartphone- und Tablet-Bildschirmen den biologischen Rhythmus und den Schlaf beeinflusst. Daher empfiehlt es sich, das Mobiltelefon am frühen Abend wegzulegen oder zumindest den Nachtschichtmodus zu nutzen, der die Anteile kurzwelligen Lichts reduziert und ein leicht gelbliches Aussehen annimmt. Christine Blume bestätigt dies. Allerdings ist die Vergilbungsanpassung ein Nebenprodukt, das vermieden werden könnte. „Technisch ist es möglich, die Kurzwellenverhältnisse auch ohne Anpassung der Displayfarbe zu reduzieren, allerdings ist dies bei kommerziellen Handydisplays bisher nicht umgesetzt“, sagt der Schlafforscher.