‚Rise & Shine‘- Die Wirkung von morgendlicher Lichtexposition auf die EEG-Alpha-Wellen-Aktivität von Patient:innen mit Insomnie

Abstract

Hintergrund: Licht beeinflusst menschliches Verhalten und Physiologie. Licht ist der bedeutendste Zeitgeber der biologischen Uhr des Menschen und verändert unabhängig davon das Aktivierungsniveau. Patient:innen mit Insomnie leiden unter einem Hyperarousal. Eine veränderte EEG-Alpha-Aktivität ist ein Indikator des Hyperarousals. Ziel der Studie ist die Untersuchung von akuten und indirekten Effekten einer Lichtexposition am Morgen auf die EEG-Alpha-Aktivität sowie auf neurobehaviorale Parameter von Patient:innen mit Insomnie. Methodik: Es wurden 17 Patient:innen (ø-Alter 53 ± 11 Jahre; 14 Frauen) mit polysomnographischer Diagnose einer chronischen Insomnie in die Studie inkludiert. Ausgeschlossen wurden 15 Patient:innen aufgrund von Psychopharmakaeinnahme oder fehlender Insomnie-Diagnose nach Polysomnografie (PSG). Die Patient:innen erhielten eine PSG über 3 Nächte. Nach Nacht 2 fand 2 Stunden nach der individuellen Aufstehzeit eine 3-stündige Lichtexposition mit warmem Weißlicht statt (160 lx, Peak Wellenlänge 470 nm, 163 melanoptische lx). 10-minütige KDTs (Karolinska-Drowsiness-Tests) wurden am Morgen und Abend zu insgesamt sechs Messzeitpunkten aufgezeichnet (T1: Morgen Tag 1; T2: Abend Tag 2; T3/4: Morgen Tag 2 vor/während der Lichtexposition; T5: Abend Tag 2; T6: Morgen Tag 3). Folgende Parameter wurden erhoben: 1) EEG-Alpha-Power, ein Indikator für Aktivierung und Erregung; 2) Alpha Peak Frequenz (APF), ein Indikator für höhere kognitive Funktionen und kognitive Aktivierung; 3) Alpha Attenuation Test (AAT), ein Indikator für Müdigkeit und Vigilanz; 4) Psychomotorischer Vigilanztest (PVT), ein Indikator für Vigilanz und Aufmerksamkeit auf Verhaltensebene. Ergebnisse: EEG-Alpha-Power zeigt einen signifikanten Haupteffekt für die Tagesmessungen (χ2(3)= 9.918, p= .019, n= 17), mit dem niedrigsten Wert während der Lichtexposition (M= 3.87 ㎶², SD= 3.12) als Zeichen für eine höhere Aktivierung. Es besteht ein signifikanter Unterschied zwischen der APF am Abend (t= 1.828, p= .043, p= .086, n=17), mit einer höheren APF am ersten Abend (M= 9.63 Hz, SD=1.08) als Zeichen für eine höhere kognitive Aktivierung. Der AAT wies keine signifikante Veränderung über die sechs Messzeitpunkte auf. Der PVT zeigte signifikant kürzere Reaktionszeiten am zweiten Abend (t=2.257, p=.029, n=8) während der Wake-Maintenance-Zone, eine Phase erhöhter Aktivierung am frühen Abend. Schlussfolgerung: Lichtexposition am Tag scheint eine wirksame Intervention zu sein, um die Vigilanz von Patient:innen mit Insomnie mit einer Schlafdeprivation akut zu verbessern. EEG-Alpha-Aktivität von Patient:innen mit Insomnie zum zweiten Abend verändert sich im Sinne einer reduzierten Aktivierung. Die Daten lassen vermuten, dass morgendliche Lichtexposition das kognitive Hyperarousal von Patient:innen mit Insomnie vor dem Schlafen verringern kann. Zudem scheint die APF ein geeigneter Indikator zu sein, um die anhaltenden minimalen Veränderungen der kognitiven Aktivierung von Patient:innen mit Insomnie zu messen.

Background: Light influences human behavior and physiology. Besides being the most important zeitgeber to the human biological clock, light is known to influence alertness independently. Patients with insomnia suffer from hyperarousal. An altered EEG alpha activity is an indicator of hyperarousal in patients with insomnia. The aim of the study was to determine immediate and indirect effects of morning light on EEG alpha activity as well as on neurobehavioral parameters in patients with insomnia. Methods: Included were 17 patients (age: 53±11years; mean±SD; 14 female) with polysomnographic diagnosis of chronic insomnia. Excluded were 15 patients due to medication intake and unconfirmed insomnia diagnosis after polysomnography (PSG). Patients underwent a standard 3-night PSG. After night 2, a 3-hour light exposure of warm white lighting took place (160 lx, peak wavelength 470 nm, 163 melanopic lx), 2 hours after the individual wake-up time. 10-minute KDTs (Karolinska-Drowsiness-Tests) in the midmorning and in the evening were measured at 6 time points over three days (T1: morning day 1; T2: evening day 1; T3/4: morning day 2 before/during light exposure; T5: evening day 2; T6: morning day 3). Determined parameters were: 1) alpha spectral power, an indicator of alertness and arousal; 2) alpha attenuation test (AAT), an indicator of vigilance and sleepiness; 3) alpha peak frequency (APF), an indicator of higher cognitive function and cognitive alertness; 4) psychomotor vigilance task (PVT), an indicator of attention and vigilance on behavioral level. Results: EEG alpha power showed a significant main effect for the daytime measures (χ2(3)= 9.918, p= .019, n= 17), with the lowest mean EEG alpha power during the light exposure (mean= 3.87 ㎶², SD= 3.12) indicating higher arousal. There was a significant difference in the APF between the evenings (t= 1.828, p= .043, p= .086, n= 17), with a higher APF on the first evening (mean= 9.63 Hz, SD= 1.08) indicating higher alertness than on the second evening (mean= 9.42 Hz, SD= 0.98). AAT showed no significant differences over the 6 time points. There was a significant difference in the PVT mean reaction time (RT) between the evenings (t=2.257, p=.029, n=8), with shorter RT on the second evening during the wake-maintenance-zone, a period of increased alertness in the early evening.Conclusion: Morning light exposure may be a promising intervention to improve vigilance of patients with insomnia with an acute sleep deficit during the day. EEG alpha parameters changed in the sense of lower arousal in the evening after morning light exposure in patients with insomnia. Data suggest that morning light exposure can improve cognitive hyperarousal of insomnia patients prior to sleep, which can possibly improve the symptoms. Data suggest that the alpha peak frequency may prove to be an indicator for measuring the minor long-lasting changes of cognitive arousal in patients with insomnia.