Can light make us bright? Effects of light on cognition and sleep

Abstract

Light elicits robust nonvisual effects on numerous physiological and behavioral variables, such as the human sleep-wake cycle and cognitive performance. Light effects crucially rely on properties such as dose, duration, timing, and wavelength. Recently, the use of methods such as fMRI to assess light effects on nonvisual brain responses has revealed how light can optimize brain function during specific cognitive tasks, especially in tasks of sustained attention. In this chapter, we address two main issues: how light impinges on cognition via consolidation of human sleep-wake cycles; and how light directly impacts on sleep and cognition, in particular, in tasks of sustained attention. A thorough understanding of how light affects sleep and cognitive performance may help to improve light settings at home and at the workplace in order to improve well-being.

Dawn simulation light impacts on different cognitive domains under sleep restriction

“…Most studies on the effects of light in humans have been carried out during the night, when light is able to counteract the increasing sleep pressure, and thus significantly enhance or stabilize cognitive performance (for a review, see [29]). In this context, the modulatory mechanisms accounting for the light effects on cognition have been ascribed to its impact on sleep homeostasis and/or its indirect synchronizing/phase-shifting effects on the circadian timing system [10].…”

Non-image forming effects of illuminance level: Exploring parallel effects on physiological arousal and task performance

“…Since the discovery of the intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs) [1][2][3] in our eye, a large number of studies have been conducted on the acute non-image forming (NIF) effects of illuminance level on alertness, mood, cognitive performance and physiology [e.g., 4,5,6]. IpRGCs signal to the suprachiasmatic nucleus (biological clock) in our brain and from there, numerous projections go to brain areas involved in alertness, mood and cognitive functioning [6].…”

La lumière comme stimulant de l’activité cognitive cérébrale

“…Les manipulations moléculaires ou génétiques réalisées chez le rongeur pour séparer cet impact non visuel de l'influence des cônes et des bâtonnets sont impossibles chez l'homme. Les preuves d'un rôle de la mélanopsine pour la cognition sont restées principalement indirectes (bien que le bleu ait un impact plus important, cela n'exclut pas que les cônes ou les bâtonnets en soient exclusivement ou en partie responsables) [3,15,16]. Nous avons réalisé deux études pour tenter d'apporter des preuves plus directes de l'implication des cellules ganglionnaires rétiniennes à mélanopsine.…”

“…Ainsi, par rapport à une lumière monochromatique verte (525 ou 550 nm), une lumière bleue (460 ou 480 nm) augmentait les niveaux d'activité du pulvinar, ainsi que celui des régions préfrontales et pariétales impliquées dans une tâche de mémoire de travail, ou bien celui de l'hypothalamus, de l'amygdale, de l'hippocampe et de la région temporale de la voix lors d'une tâche auditive émotionnelle. Cette supéri-orité de la lumière bleue est en accord avec la littérature qui montre que l'amélioration des performances cognitives est plus importante avec des lumières bleues ou enrichies en bleu [3,15,16]. Elle est due à un type de photorécepteur rétinien qui n'a été découvert que très récemment : les cellules ganglionnaires rétiniennes (CGR), qui sont photosensibles parce qu'elles expriment la mélanopsine, un photopigment plus sensible au bleu [17,18].…”

“…Le manque de lumière semble aussi jouer un rôle important pour l'humeur, et la photothérapie (luminothérapie) est recommandée pour traiter la dépression saisonnière [2,36]. En plus de ces effets à long terme, la lumière a également des effets directs sur des fonctions aussi variées que le rythme cardiaque, la taille pupillaire, la sécrétion de cortisol et de mélatonine, ainsi qu'un impact stimulant sur l'éveil et la cognition [3] ; ce dernier impact stimulant est très important. Cette revue va se concentrer sur cet aspect.…”