Des recherches récentes suggèrent que des niveaux plus élevés d’exposition à la lumière peuvent améliorer la vigilance et les performances cognitives en influençant l’hypothalamus du cerveau. Cette découverte confirme le potentiel des traitements de luminothérapie pour améliorer la fonction quotidienne et la qualité du sommeil. L’étude souligne la nécessité d’approfondir les recherches sur la façon dont la lumière interagit avec les structures cérébrales pour affecter le comportement.
La recherche indique qu’une exposition accrue à la lumière peut améliorer l’activité d’une partie du cerveau appelée hypothalamus et améliorer les performances cognitives.
De nouvelles recherches suggèrent qu'une exposition plus élevée à la lumière peut améliorer la vigilance et les performances cognitives, probablement en affectant l'activité dans les zones de la région du cerveau appelées hypothalamus.
L'étude, publiée dans la revue eLife, est décrit par les éditeurs comme étant d'une importance fondamentale et représente une avancée clé dans notre compréhension de la manière dont les différents niveaux de lumière affectent le comportement humain. La solidité des preuves est saluée comme étant convaincante, soutenant les analyses des auteurs sur l'interaction complexe entre l'exposition à la lumière, l'activité hypothalamique et la fonction cognitive.
Avec des recherches plus approfondies, les résultats pourraient être utilisés pour éclairer divers traitements de luminothérapie afin d'augmenter la qualité du sommeil et l'état affectif d'un individu, et l'aider à se sentir plus éveillé et à mieux effectuer 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 qu’un éclairement plus élevé stimule la vigilance et les performances cognitives. Ces effets reposent principalement sur une sous-classe de cellules photosensibles de la rétine, appelées ipRCG. Ces cellules se projettent vers plusieurs zones du cerveau, mais les projections se trouvent le plus densément 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, cette connaissance des circuits cérébraux qui sous-tendent les effets biologiques de la lumière provient presque entièrement d’études réalisées sur des animaux.
Détails et résultats de l'étude
« Transmettre aux humains les découvertes sur la manière dont l'exposition à la lumière affecte le cerveau des modèles animaux est un processus difficile, car la maturation ultérieure du cortex chez l'être humain permet un traitement cognitif beaucoup plus complexe », explique l'auteur principal Islay Campbell, ancien doctorant au GIGA. -CRC Human Imaging – désormais titulaire d'un doctorat – Université de Liège, Belgique. « En particulier, la question de savoir si les noyaux de l'hypothalamus contribuent à l'impact stimulant de la lumière sur la cognition n'est pas établie. »
Pour mieux comprendre l'impact de la lumière sur la cognition humaine, 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 à partir de la « tâche n-back » dans laquelle les participants devaient déterminer si un son actuel était identique à celui qu'ils avaient entendu deux éléments plus tôt, ou 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 sur un ton de colère. Chaque tâche a été accomplie alors que les individus étaient alternativement placés dans l'obscurité ou exposés à de courtes périodes de lumière sur quatre niveaux d'éclairage. L'équipe a utilisé une technique appelée imagerie par résonance magnétique fonctionnelle de 7 Tesla, qui présente une résolution et un rapport signal/bruit plus élevés que l'IRM standard de 3 Tesla, pour évaluer l'impact des différents niveaux de lumière 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 augmentation de l’activité de l’hypothalamus postérieur. En revanche, les hypothalamus inférieur et 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. Ils se sont concentrés sur l'évaluation des performances des participants au cours de la tâche exécutive, car celle-ci nécessitait un niveau cognitif plus élevé pour être résolue. Leur analyse a révélé que des niveaux de lumière plus élevés conduisaient effectivement à 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 éclairement plus élevé s’est avérée significativement négativement corrélée à l’activité de l’hypothalamus postérieur. Cela rend peu probable que l’activité de l’hypothalamus postérieur soit directement médiatrice de l’impact positif de la lumière sur les performances cognitives, et laisse éventuellement entendre que d’autres régions du cerveau sont impliquées, nécessitant des recherches plus approfondies.
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.
Orientations et conclusions futures de la recherche
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 entiers du cerveau afin de déterminer comment les différents niveaux de lumière modifient leur diaphonie et leurs interactions avec le cortex pour provoquer des changements de comportement.
« Il est important de répondre aux questions qui restent de notre étude, car agir sur la lumière constitue un moyen prometteur et facile à mettre en œuvre pour réduire la fatigue tout au long de la journée, améliorant les défauts cognitifs et permettant une nuit de sommeil réparatrice avec un coût et des effets secondaires minimes », déclare 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, Université de Liège. « Des niveaux de lumière plus élevés se sont avérés associés à des performances cognitives plus élevées, et nos résultats indiquent que cet impact stimulant est médié, en partie, par l’hypothalamus postérieur. Cette région est susceptible de travailler conjointement avec la diminution de l’activité de l’hypothalamus antérieur et inférieur, ainsi qu’avec d’autres structures cérébrales non hypothalamus qui régulent l’éveil.
« L’éclairage ciblé à usage thérapeutique est une perspective passionnante. Cependant, cela nécessitera une compréhension plus complète de la manière 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 Campbell.
