Нейробиологи раскрыли, как свет влияет на мозговую деятельность человека

Последние исследования показали, что разные уровни освещения могут улучшать бодрость и когнитивные способности человека. Более сильное освещение влияет на определенные части гипоталамуса, что улучшает некоторые когнитивные функции во время задач, связанных с управленческими и эмоциональными процессами. Эти открытия были опубликованы в журнале eLife.

Исследование было направлено на выяснение влияния различных уровней освещенности на мозг человека, особенно на гипоталамус, который играет ключевую роль в регулировании сна, бодрствования и когнитивных функций. Хотя известно, что свет влияет на эти аспекты у животных, его воздействие на людей было плохо изучено.

Используя данные животных, исследователи обнаружили, что конкретные области мозга реагируют на свет способами, влияющими на поведение. Однако у людей есть свои физиологические и неврологические особенности. Например, кора головного мозга человека развивается позже, чем у животных, что обеспечивает более сложные когнитивные функции. Понимание влияния света на эти процессы у людей может иметь последствия для улучшения когнитивных способностей и управления когнитивными нарушениями с применением нетравматических методов, таких как светотерапия.

Для изучения влияния различных уровней света на мозг и когнитивные функции исследователи привлекли в свое исследование 30 здоровых молодых людей. Участники подбирались строго в соответствии с критериями, исключающими у них наличие психических и неврологических заболеваний, нарушений сна или других состояний, которые могли бы повлиять на функции мозга или результаты исследования. Участников также попросили соблюдать стабильный режим сна и бодрствования за неделю до эксперимента, а также воздерживаться от употребления кофеина и алкоголя, которые могут влиять на их когнитивные способности.

Во время исследования проводилось изучение влияния различных уровней освещения на мозг и когнитивные функции участников. Сначала им предлагалось находиться в обстановке с ярким белым светом в течение пяти минут, а затем переходить в помещение с приглушенным освещением на 45 минут. Этот метод применялся для стандартизации воздействия освещения перед началом эксперимента.

Исследование включало в себя использование супермощного сканера с магнитным полем 7 Тесла для функциональной магнитно-резонансной томографии (ФМРТ), который обеспечивает более высокое разрешение и качественные изображения активности мозга по сравнению с обычными сканерами. Под контролем ФМРТ участники проходили исполнительные и эмоциональные слуховые когнитивные задачи в различных условиях освещения.

Исполнительное задание представляло собой слуховую версию задания n-back, распространенного теста, используемого для измерения рабочей памяти и исполнительных функций. Участники прослушивали последовательность слуховых стимулов и должны были определить, соответствует ли текущий предмет предмету, представленному двумя шагами ранее. В эмоциональном эксперименте участники слушали вокализации, представленные в сердитом или нейтральном тоне, и их задачей было определить пол говорящего.

Главной целью исследования было изучение способностей участников в обработке эмоций, а также анализ их реакций на эмоциональное содержание аудиозаписей. В ходе исследования осуществлялся контроль над освещением во время выполнения заданий с помощью специализированной оптической системы. Различные интенсивности света использовались для изучения их воздействия на активность гипоталамуса участников. Результаты показали, что яркое освещение способствует повышению активности гипоталамуса и может улучшать когнитивные способности во время выполнения задач.

Изменения в активности гипоталамуса под воздействием света свидетельствуют о том, что яркий свет может ухудшать способность к быстрому засыпанию и оказывать влияние на когнитивные функции. Увеличение освещенности улучшало производительность в заданиях, но оптимальные результаты достигались на уровне освещенности, при котором активность гипоталамуса не являлась максимальной. Негативная корреляция между улучшением задач и активностью задней части гипоталамуса может указывать на сложный баланс между уровнем возбуждения и когнитивной производительностью.

Результаты проведенного исследования указывают на то, что освещенность влияет на активность гипоталамуса в ответ на эмоциональные стимулы. Хотя реакции на эмоциональные воздействия не зависят напрямую от уровня освещенности, активность заднего гипоталамуса связана с длительностью реакций на такие стимулы. Таким образом, яркость света может повышать эмоциональную значимость стимулов, влияя на скорость реагирования на эмоциональные факторы.

Однако исследование ограничилось изучением краткосрочных эффектов воздействия света, используя только краткие периоды экспозиции во время выполнения задач. Этот подход не учитывает возможных долгосрочных последствий продолжительного воздействия света на протяжении дней или недель, что может быть важно для практических применений, таких как организация освещения на рабочем месте или проведение терапии для нарушений сна.

Айя Такеока из Центра изучения мозга RIKEN (CBS) в Японии и ее коллеги обнаружили нейронную цепь в спинном мозге, которая обеспечивает функцию моторной памяти независимо от мозга. Исследование, опубликованное в журнале Science, обнаружило две важнейшие группы нейронов спинного мозга: одна необходима для нового адаптивного обучения, а другая — для запоминания адаптационных навыков после того, как они были усвоены. Полученные результаты могут помочь ученым разработать способы восстановления двигательной активности пациентов с травмами позвоночника.