Diurnal Spectral Sensitivity of the Acute Alerting Effects of Light

Abstract

Study Objectives:Previous studies have demonstrated short-wavelength sensitivity for the acute alerting response to nocturnal light exposure. We assessed daytime spectral sensitivity in alertness, performance, and waking electroencephalogram (EEG). Design: Between-subjects (n = 8 per group). Setting: Inpatient intensive physiologic monitoring unit. Participants: Sixteen healthy young adults (mean age ± standard deviation = 23.8 ± 2.7 y). Interventions: Equal photon density exposure (2.8 × 10 13 photons/cm 2 /s) to monochromatic 460 nm (blue) or 555 nm (green) light for 6.5 h centered in the middle of the 16-h episode of wakefulness during the biological day. Results were compared retrospectively to 16 individuals who were administered the same light exposure during the night. Measurements and Results: Daytime and nighttime 460-nm light exposure significantly improved auditory reaction time (P < 0.01 and P < 0.05, respectively) and reduced attentional lapses (P < 0.05), and improved EEG correlates of alertness compared to 555-nm exposure. Whereas subjective sleepiness ratings did not differ between the two spectral conditions during the daytime (P > 0.05), 460-nm light exposure at night significantly reduced subjective sleepiness compared to 555-nm light exposure at night (P < 0.05). Moreover, nighttime 460-nm exposure improved alertness to near-daytime levels. Conclusions:The alerting effects of short-wavelength 460-nm light are mediated by counteracting both the circadian drive for sleepiness and homeostatic sleep pressure at night, but only via reducing the effects of homeostatic sleep pressure during the day.

The importance of intrinsically photosensitive retinal ganglion cells and implications for lighting design

“…IpRGCs also provide light information to the pineal melatonin production system [11,12] and sleep regulation system [13,14], and modulate cognitive function [15], alertness (e. g. [16,17]), body temperature (e. g. [18,19]), mood and emotion [20]. Therefore, ipRGCs are considered to be the primary photoreceptors for sub-conscious non-image-forming (NIF) functions that are important for our normal biological activities and health.…”

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].…”

“…Nos résultats pointent vers un élargissement graduel de l'impact de la lumière avec sa durée et son intensité, qui se traduit progressivement par un effet comportemental. En accord avec ces propositions, d'autres études utilisant uniquement des variables comportementales ou électroencéphalographiques (EEG) ont rapporté un impact significatif au bout de 30 min d'illumination avec des lumières bleues, ou enrichies en bleu, de longueur d'onde et d'intensité comparables à celles que nous avons employées [15,16,21,22]. La durée, l'intensité et la longueur d'onde ne sont cependant pas les seuls aspects à prendre en considé-ration lors de l'administration d'une exposition lumineuse.…”

“…Tout comme d'autres travaux utilisant des lumières de différentes longueurs d'onde et de différentes intensités avec d'autres protocoles [15,16,21,22], elles mettent en avant l'impact non visuel de la lumière. Elles renforcent l'idée selon laquelle il est important de considérer la lumière et ses fonctions non visuelles lorsqu'on s'expose à la lumière.…”