最新研究表明，暴露在较高水平的光线下可以帮助人们感觉更清醒并提高认知能力，这可能是通过影响称为下丘脑的大脑区域的活动来实现的。

这项发表在eLife上的研究被编辑们描述为具有根本重要性，它代表了我们理解不同级别的光如何影响人类行为的关键进步。证据的强度被称赞为令人信服，支持作者对光照、下丘脑活动和认知功能之间复杂相互作用的分析。

通过进一步的研究，这些发现可用于指导各种光疗法，以提高个人的睡眠质量和情感状态，并帮助他们感觉更清醒，全天更好地执行任务。

近年来，光暴露的生物效应已得到充分记录。较高的照度已被证明可以刺激警觉性和认知能力。这些效应主要依赖于视网膜中的光敏细胞亚类，称为 ipRCG。

这些细胞投射到大脑的多个区域，但投射最密集的是下丘脑，这通常与昼夜节律、睡眠和警觉性以及认知功能的调节有关。然而，关于光的生物效应背后的大脑回路的知识几乎完全源于对动物的研究。

“将动物模型中的光照如何影响大脑的研究结果转化为人类是一个困难的过程，因为人类皮层的后期成熟能够实现更复杂的认知处理，”该研究的主要作者、前博士艾莱·坎贝尔解释道。比利时列日大学 GIGA-CRC 人体成像专业的学生，​​现已获得博士学位。 “特别是，下丘脑核团是否有助于光对认知的刺激影响这一问题尚未确定。”

为了更好地了解光对人类认知的影响，坎贝尔和同事招募了 26 名健康的年轻人参与他们的研究。他们要求每个参与者完成两项听觉认知任务；一项由“n-back 任务”修改而来的执行任务，其中参与者被要求确定当前的声音是否与他们之前听到的两个项目相同，或者包含字母“K”；还有一项情感任务，要求参与者识别以中性语气或愤怒语气发音的声音的性别。

每项任务完成时，个体交替放置在黑暗中，或暴露在四种照明级别的短时间光照下。该团队使用了一种名为 7 特斯拉功能磁共振成像的技术，与标准 3 特斯拉 MRI 相比，该技术具有更高的分辨率和信噪比，以评估任务期间不同光照水平对下丘脑活动的影响。

研究人员发现，在这两项任务中，较高水平的光会引发下丘脑后部的活动增加。相比之下，下丘脑的下丘脑和前丘脑遵循看似相反的模式，在较高水平的光下表现出活动减少。

接下来，研究小组试图确定区域下丘脑活动的这些变化是否与认知表现的变化有关。他们专注于评估参与者在执行任务期间的表现，因为这需要更高水平的认知来解决。他们的分析表明，较高水平的光确实可以提高任务表现，表明认知能力有所提高。

重要的是，较高照度下认知能力的提高与下丘脑后部的活动显着负相关。这使得下丘脑后部活动不太可能直接介导光对认知表现的积极影响，并且可能暗示其他大脑区域也参与其中，需要进一步研究。

另一方面，下丘脑后部的活动被发现与情绪任务的行为反应增加有关。这表明认知表现和下丘脑后部活动之间的关联可能是环境依赖性的——在某些任务中，某些下丘脑核团或神经元群可能会被招募来提高表现，但在其他任务中则不然。

作者呼吁未来在这一领域开展工作，评估光对其他结构或整个大脑网络的影响，以确定不同的光水平如何改变它们与皮质的串扰和相互作用，从而带来行为变化。

“我们的研究中留下的问题很重要，因为光作用是一种有前途的、易于实施的方法，可以减少全天的疲劳，改善认知缺陷，并以最小的成本和副​​作用获得安宁的睡眠，”说坎贝尔。

“我们的研究结果表明，人类下丘脑在面临认知挑战时对不同强度的光的反应并不统一，”资深作者、列日大学 GIGA-CRC 人类成像联合主任 Gilles Vandewalle 说。 “发现较高水平的光与较高的认知能力相关，我们的结果表明，这种刺激影响部分是由下丘脑后部介导的。该区域可能与前部和下丘脑活动减少共同作用。下丘脑以及其他调节觉醒的非下丘脑大脑结构。”

“用于治疗用途的定向照明是一个令人兴奋的前景。然而，它需要更全面地了解光如何影响大脑，特别是在皮层下水平。我们的研究结果代表了在下丘脑水平上朝着这一目标迈出的重要一步， ”坎贝尔指出。