Die Untersuchung von chronobiologischen Aspekten nicht-visueller Lichtwirkungen beim Menschen

Abstract

Die in dieser Habilitationsschrift präsentierten chronobiologischen Untersuchungen zu nicht-visuellen Lichtwirkungen zeigen qualitative Unterschiede derselben in Abhängigkeit von Alter, Lang- und Kurzzeitadaptation. Weiter wurde mittels chromatischer Pupillometrie untersucht, inwieweit sich der Pupillenreflex auf Licht dazu eignet, bei Gesunden und Patienten mit einer Sehbeeinträchtigung als Marker für melanopsinabhängige Funktionen eingesetzt zu werden. Ein wesentlicher Beitrag der vorgestellten Arbeiten liegt im Aufzeigen konkreter Bedeutungen der 'prior light history'. Unter diesem Begriff verstehen wir die direkten und indirekten Nachwirkungen einer Lichtexposition beim Menschen, beispielsweise die Auswirkungen auf die kognitive Leistung am Abend entsprechend den Lichtbedingungen am Nachmittag oder die größere Wachheit am Abend als Folge wiederholter Lichtexpositionen mit hellerer Beleuchtung an den vorausgehenden Abenden. Im Ultrakurzzeitbereich wiesen wir mittels der evozierten Potentiale im EEG nach, dass je nach spektraler Zusammensetzung der Lichtstimuli eine unterschiedliche neuronale Aktivierung stattfand. Dies könnte für Situationen, in welchen sehr schnelle Reaktionen erforderlich sind, von Bedeutung sein. In diesem interdisziplinären und teilweise neuen Forschungsfeld sind noch viele spannende Fragen unbeantwortet. Wie wirkt sich beispielsweise eine längerfristig (zu) schwache Beleuchtung tagsüber auf unsere Leistungsfähigkeit und Gesundheit aus? Die behandelte Thematik betrifft sowohl die Grundlagenforschung wie auch die praktische Anwendung und wird uns in den nächsten Jahren sicherlich noch stark beschäftigen und beeinflussen. Die in zwei der eigenen Arbeiten vorgestellte Entwicklung und Validierung der chromatischen Pupillometrie und deren Einsatz für chronobiologische Fragestellungen könnten in Zukunft dazu beitragen, die Entwicklung maßgeschneiderter (Beleuchtungs-) Bedingungen für verschiedene Populationen und Patienten weiter voranzutreiben.

The chronobiological studies presented in this habilitation show qualitative differences in the non-visual effects of light depending on age, short and long term adaptation. Chromatic pupillometry was used to ask to what extent the pupillary reflex to light could be used in healthy subjects and patients with visual impairments as a marker for melanopsin-dependent functions. A major contribution of the work presented here is the demonstration of specific meanings of 'prior light history'. This term comprises the direct and indirect after-effects of light exposure in humans, such as the effects on cognitive performance in the evening dependent on precedent lighting conditions in the afternoon; or the greater alertness at night as a result of repeated light exposures with brighter lighting on the previous evenings. We demonstrated by means of very fast responses to different light stimuli in the evoked potentials of the EEG that different spectral compositions of light stimuli resulted in different neural activations. This could be of importance in situations which require very fast reaction times. In this interdisciplinary and partly new research field many exciting questions still remain unanswered. For example, what are the long-term consequences of (too) dim lighting conditions during daytime on our performance and health? This topic relates both to basic research as well as to practical applications, and there is certainly more work to do with strong impact on both fields. Two of the presented studies aimed to develop and validate chromatic pupillometry and its use for chronobiological questions. This method could foster the development of customized (lighting) conditions for different populations and patients.