Des niveaux de luminosité plus élevés peuvent améliorer les performances cognitives
Selon une nouvelle étude, l'exposition à des niveaux élevés de lumière peut aider les gens à se sentir plus éveillés et à augmenter leurs performances cognitives, probablement en influençant l'activité de certaines parties d'une région du cerveau appelée l'hypothalamus.
L'étude est publiée aujourd'hui dans eLife et revêt une importance fondamentale et représentent une avancée clé dans notre compréhension de la manière dont les différents niveaux de lumière affectent le comportement humain. Ces résultats pourraient servir de base à divers traitements de luminothérapie visant à améliorer la qualité du sommeil et l'état affectif d'une personne, et à l'aider à se sentir plus éveillée et à mieux accomplir ses tâches tout au long de la journée.
Les effets biologiques de l'exposition à la lumière ont été bien documentés ces dernières années. Il a été démontré qu'un niveau d'éclairement plus élevé stimule la vigilance et les performances cognitives. Ces effets dépendent principalement d'une sous-classe de cellules sensibles à la lumière dans la rétine, appelées ipRCG. Ces cellules se dirigent vers de nombreuses zones du cerveau, mais les projections sont plus denses dans l'hypothalamus, qui est généralement associé à la régulation des rythmes circadiens, du sommeil et de la vigilance, ainsi qu'aux fonctions cognitives. Cependant, les connaissances sur les circuits cérébraux qui sous-tendent les effets biologiques de la lumière proviennent presque exclusivement d'études menées sur des animaux.
"Il est difficile de transposer à l'homme les découvertes sur la manière dont l'exposition à la lumière affecte le cerveau dans les modèles animaux, car la maturation plus tardive du cortex chez l'homme permet un traitement cognitif beaucoup plus complexe", explique l'auteur principal, Islay Campbell, ancienne doctorante au GIGA, aujourd'hui titulaire d'un doctorat. "En particulier, la question de savoir si les noyaux de l'hypothalamus contribuent à l'impact stimulant de la lumière sur la cognition n'est pas établie".
Pour mieux comprendre l'impact de la lumière sur la cognition humaine, Islay Campbell et ses collègues ont recruté 26 jeunes adultes en bonne santé pour participer à leur étude. Ils ont demandé à chaque participant de réaliser deux tâches cognitives auditives : une tâche exécutive modifiée à partir de la "tâche n-back", dans laquelle les participants devaient déterminer si leur actuel était identique à celui qu'ils avaient entendu deux fois plus tôt, ou s'il contenait la lettre "K" ; et une tâche émotionnelle, dans laquelle les participants devaient identifier le genre d'une voix prononcée soit sur un ton neutre, soit sur un ton colérique. Chaque tâche a été réalisée alors que les individus étaient alternativement placés dans l'obscurité ou exposés à de courtes périodes de lumière selon quatre niveaux d'éclairement. L'équipe a utilisé une technique appelée imagerie par résonance magnétique fonctionnelle à 7 teslas, qui offre une résolution et un rapport signal/bruit plus élevés que l'IRM standard à 3 teslas, pour évaluer l'impact des différents niveaux d'éclairage sur l'activité de l'hypothalamus pendant les tâches.
Ils ont constaté que, pendant les deux tâches, des niveaux de lumière plus élevés déclenchaient une augmentation de l'activité au niveau de l'hypothalamus postérieur. En revanche, l'hypothalamus inférieur et l'hypothalamus antérieur ont suivi un schéma apparemment opposé, présentant une activité réduite sous des niveaux de lumière plus élevés.
Ensuite, l'équipe a cherché à déterminer si ces changements dans l'activité régionale de l'hypothalamus étaient liés à une modification des performances cognitives. Elle s'est concentrée sur l'évaluation des performances des participants au cours de la tâche exécutive, car celle-ci exige un niveau de cognition plus élevé. Leur analyse a révélé que des niveaux de lumière plus élevés conduisaient effectivement à de meilleures performances dans la tâche, ce qui indique une augmentation des performances cognitives. Il est important de noter que l'augmentation des performances cognitives en cas d'éclairement plus élevé est corrélée négativement avec l'activité de l'hypothalamus postérieur. Il est donc peu probable que l'activité de l'hypothalamus postérieur soit le médiateur direct de l'impact positif de la lumière sur les performances cognitives, et cela pourrait indiquer que d'autres régions du cerveau sont impliquées, ce qui nécessiterait des recherches plus approfondies.
D'autre part, l'activité de l'hypothalamus postérieur s'est avérée associée à une réponse comportementale accrue à la tâche émotionnelle. Cela suggère que l'association entre les performances cognitives et l'activité de l'hypothalamus postérieur peut dépendre du contexte - dans certaines tâches, certains noyaux de l'hypothalamus ou certaines populations neuronales peuvent être recrutés pour augmenter les performances, mais pas dans d'autres.
Les auteurs appellent à des travaux futurs dans ce domaine pour évaluer l'impact de la lumière sur d'autres structures, ou sur des réseaux entiers du cerveau, afin de déterminer comment des niveaux de lumière variables modifient leur dialogue et leurs interactions avec le cortex pour entraîner des changements de comportement.
"Il est important de répondre aux questions soulevées par notre étude, car l'action sur la lumière constitue un moyen prometteur et facile à mettre en œuvre pour réduire la fatigue tout au long de la journée, améliorer les déficiences cognitives et permettre un sommeil réparateur avec un coût et des effets secondaires minimes", déclare Islay Campbell.
"Nos résultats démontrent que l'hypothalamus humain ne réagit pas uniformément à différents niveaux de lumière lorsqu'il est engagé dans un défi cognitif", explique l'auteur principal, Gilles Vandewalle, co-directeur du GIGA-CRC Human Imaging. "Nos résultats indiquent que cet impact stimulant est médié, en partie, par l'hypothalamus postérieur. Cette région est susceptible d'agir conjointement avec la diminution de l'activité de l'hypothalamus antérieur et inférieur, ainsi qu'avec d'autres structures cérébrales non hypothalamiques qui régulent l'état de veille".
"L'éclairage ciblé à des fins thérapeutiques est une perspective passionnante. Cependant, elle nécessitera une compréhension plus complète de la manière dont la lumière affecte le cerveau, en particulier au niveau sous-cortical. Nos résultats représentent une étape importante vers cet objectif, au niveau de l'hypothalamus", note Islay Campbell.
Référence
https://elifesciences.org/reviewed-preprints/96576
