Senso Gli esseri umani percepiscono cambiamenti nell’illuminazione ambientale, nelle proprietà lussotoniche , non correlati alla visione delle forme, e questi cambiamenti influenzano un’ampia gamma di funzioni, inclusi i ritmi circadiani , i riflessi visivi, l’umore e i probabili processi cognitivi. Mentre i percorsi di imaging nel cervello dei primati rilevano piccoli cambiamenti nell’illuminazione, non è chiaro come i segnali di intensità luminosa raggiungano e vengano elaborati nelle strutture cerebrali coinvolte negli stati dell’umore di base e nella loro risposta. disfunzione, percorsi che probabilmente derivano da cellule gangliari retiniche intrinsecamente fotosensibili . Qui mostriamo che le regioni prefrontali del cervello umano hanno segnali luxotonici . Questi segnali hanno proprietà simili alle cellule gangliari retiniche intrinsecamente fotosensibili e possono essere alla base degli effetti dell’intensità della luce su comportamenti complessi. Riepilogo Studi sperimentali sugli animali hanno rivelato un percorso neurale che regola l’umore che collega le cellule gangliari retiniche intrinsecamente fotosensibili (ipRGC) e la corteccia prefrontale (PFC), implicato nella fisiopatologia dei disturbi dell’umore. Poiché anche gli esseri umani hanno ipRGC che codificano l’intensità della luce , ci siamo chiesti se esista un percorso simile negli esseri umani. In questo caso, la fMRI è stata utilizzata per identificare le regioni del PFC e altre aree che mostrano segnali dipendenti dall’intensità della luce. Riportiamo 26 regioni del cervello umano che hanno un’attivazione che diminuisce o aumenta monotonicamente con l’intensità della luce. L’attivazione luxotonica si è verificata nella corteccia cerebrale, in varie strutture sottocorticali e nel cervelletto, che comprende regioni con funzioni legate alla formazione dell’immagine visiva, al controllo motorio, alla cognizione e alle emozioni. Attivazione PFC soppressa dalla luce, che diminuisce monotonicamente con l’aumentare dell’intensità della luce. Il decorso temporale prolungato delle risposte PFC evocate dalla luce e la loro suscettibilità alla precedente esposizione alla luce somigliavano a quelli degli ipRGC. Questi risultati offrono un collegamento funzionale tra l’esposizione alla luce e i fenomeni cognitivi e affettivi mediati da PFC. |
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I ricercatori scoprono il percorso cerebrale che aiuta a spiegare l’effetto della luce sull’umore
Dai cambiamenti della luce diurna nel corso delle stagioni alle opzioni di illuminazione artificiale nei luoghi di lavoro, è chiaro che la quantità e la qualità della luce che una persona incontra possono influenzare in modo significativo l’umore. Ora, gli scienziati della Brown University pensano di sapere il perché.
In un nuovo studio pubblicato negli Atti della National Academy of Science , il gruppo di ricerca ha utilizzato la risonanza magnetica funzionale per rivelare come i segnali di intensità luminosa raggiungono il cervello e come le strutture cerebrali coinvolte nell’umore elaborano tali segnali. Lo studio ha dimostrato che alcune regioni della corteccia cerebrale coinvolte nei processi cognitivi e nell’umore mostrano sensibilità all’intensità della luce.
La scoperta ha implicazioni per comprendere i problemi dell’umore come il disturbo affettivo stagionale e i disturbi depressivi maggiori , nonché come trattarli, ha affermato l’autore senior dello studio, Jerome Sanes, professore di neuroscienze Brown affiliato al Carney Institute for Brain Science University. .
“Identificare questo percorso e comprenderne la funzione potrebbe promuovere direttamente lo sviluppo di approcci per il trattamento della depressione, sia attraverso manipolazioni farmacologiche o stimolazione cerebrale non invasiva in nodi selezionati del percorso o con una terapia mirata con la luce intensa”, ha detto Sanes.
I risultati si basano su ricerche precedenti del coautore dello studio David Berson, professore di neuroscienze Brown, che nel 2002 scoprì speciali cellule sensibili alla luce negli occhi. A differenza dei bastoncelli e dei coni, queste “cellule gangliari retiniche intrinsecamente fotosensibili” non sono coinvolte in ciò che è noto come “visione dell’oggetto” o “visione della forma ”, ha detto Sanes, ma funzionano principalmente per rilevare l’intensità. della luce .
Precedenti ricerche, in parte condotte da Berson, avevano scoperto che alcuni animali hanno un percorso neurale che regola l’umore che collega queste cellule retiniche fotosensibili alle aree della corteccia prefrontale coinvolte nei disturbi dell’umore. Sanes ha affermato che il nuovo studio è stato progettato per determinare se esiste un percorso simile negli esseri umani e se è possibile trovare prove che il percorso abbia una somiglianza funzionale con le cellule gangliari retiniche sensibili alla luce.
Per determinare se un percorso di codifica dell’intensità della luce modula la corteccia prefrontale umana, i ricercatori hanno utilizzato la risonanza magnetica funzionale per esplorare i modelli di attivazione dell’intero cervello in 20 adulti sani .
In un esperimento relativamente semplice, secondo Sanes, i partecipanti hanno osservato quattro diversi livelli di intensità luminosa attraverso occhiali che diffondevano la luce ed eliminavano forme visive, colori e altri oggetti dall’ambiente. I partecipanti hanno visto intensità di luce che andavano dallo scuro al luminoso, per 30 secondi ciascuna. Per mantenerli vigili, eseguivano simultaneamente un compito uditivo che richiedeva loro di evidenziare la differenza tra due toni.
Valutando le immagini fMRI scattate durante l’esercizio, i ricercatori hanno identificato 26 regioni del cervello umano in cui l’attività diminuiva o aumentava a seconda dell’intensità della luce. Questa "attivazione luxotonica" si è verificata nella corteccia cerebrale, in varie strutture sottocorticali e nel cervelletto, che comprende regioni con funzioni legate alla formazione dell’immagine visiva, al controllo motorio, alla cognizione e alle emozioni.
Hanno scoperto che la luce sopprime l’attività nella corteccia prefrontale in proporzione all’intensità della luce. Le risposte evocate dalla luce nella corteccia prefrontale e la loro alterazione mediante una precedente esposizione alla luce somigliavano alle risposte delle cellule gangliari retiniche intrinsecamente fotosensibili.
È noto che i cambiamenti nell’illuminazione ambientale, che non hanno necessariamente nulla a che fare con la forma o la visione dell’oggetto, influenzano diverse funzioni di base, come i ritmi circadiani, i riflessi visivi, l’umore e i probabili processi cognitivi, ha spiegato Sanes. Tuttavia, non era chiaro come questi segnali di intensità luminosa raggiungessero le aree interessate del cervello umano.
In questo studio, i ricercatori hanno dimostrato che le regioni prefrontali del cervello umano hanno segnali sensibili alla luce e che questi segnali sono simili alle cellule gangliari retiniche intrinsecamente fotosensibili, che insieme, ha detto Sanes, possono spiegare gli effetti dell’intensità della luce su emozioni emotive complesse. e comportamenti cognitivi.
"I risultati del nostro studio offrono un collegamento funzionale tra l’esposizione alla luce e le risposte cognitive e affettive mediate dalla corteccia prefrontale", ha detto Sanes.
Una domanda logica successiva, ha detto Sanes, riguarda il modo in cui la luce influenza questi stessi percorsi e regioni del cervello nelle persone con disturbi dell’umore come il disturbo affettivo stagionale o i disturbi depressivi maggiori.
"Come si confronta con un gruppo di controllo di persone sane a cui non sono stati diagnosticati questi disturbi?" lei chiese. “La luce attiva le stesse regioni e, in caso affermativo, queste regioni sono più o meno sensibili all’attivazione della luce? Qual è l’entità della differenza di effetto? Questa è un’area di ricerca in corso”, ha affermato, aggiungendo che le risposte potrebbero aiutare lo sviluppo di trattamenti terapeutici per i disturbi dell’umore.
Anche Michael Worden del Dipartimento di Neuroscienze di Brown e del Carney Institute for Brain Science hanno contribuito a questa ricerca, così come i ricercatori dell’Università Ebraica di Gerusalemme.
La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health (R01EY12793, P20GM103645, S10OD025181), da un Alcon Research Institute Award, dalla Divisione di Biologia e Medicina della Brown University, dall’Israel National Institute of Psychobiology e da una borsa di studio post-dottorato Banting dal Canada.
