mardi 7 mars 2017

La Lumière Influence le Fonctionnement du Cerveau





Comment la lumière influence notre cerveau

Les chercheurs, de l'Unité Inserm 846 "Cellules Souches et Cerveau" et du Centre de Recherche du Cyclotron de l’Université de Liège (Belgique), dans une étude publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences en mars 2014, ont montré que "l’effet retard" du cerveau  était dû à une sorte de mémoire de la lumière (mémoire photique).

Il est établi depuis longtemps que la lumière exerce des effets importants sur le cerveau et notre bien-être. La lumière n’est pas uniquement indispensable à la vision, mais joue aussi un rôle essentiel dans un ensemble de fonctions dites "non-visuelles" comme la synchronisation de notre horloge biologique avec l’alternance jour-nuit. La lumière constitue également un stimulant puissant pour l’éveil et la cognition et elle est couramment employée pour améliorer la performance, et pour lutter contre la somnolence ou le "blues hivernal". Les mécanismes qui sous-tendent ces effets positifs de la lumière ne sont que très peu connus.

La mélanopsine impliquée


Cette dernière décennie, des scientifiques ont découvert un photorécepteur  nouveau type de cellule sensible à la lumière dans l’œil , appelé mélanopsine et impliqué dans la transmission de l’information lumineuse vers de nombreux centres du cerveau dits "non-visuels". En l'absence de ce photorécepteur, certaines fonctions non visuelles, et notamment l'horloge biologique, sont perturbées. L’horloge biologique est déréglée et fonctionne en “roue libre” par rapport à l’alternance jour-nuit, et l’effet stimulant de la lumière est compromis.

La mélanopsine diffère des cônes et des bâtonnets puisqu’elle exprime des propriétés ressemblant aux photorécepteurs des invertébrés et elle est particulièrement sensible à la lumière bleue. Toutefois, chez l’être humain, le rôle de la mélanopsine dans la régulation de l’éveil et de la cognition humaine n’est pas établi.

Les chercheurs apportent les preuves de son implication dans l’impact de la lumière sur le cerveau.

Tout dépend de la couleur reçue plus d'une heure avant


En exploitant les propriétés photo-réceptrices uniques de la mélanopsine couplée à Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf), ils ont pu montrer que l’impact de la lumière sur les régions cérébrales nécessaires à la réalisation d’une tâche cognitive dépendait de la couleur spécifique de la lumière reçue plus d’une heure auparavant.

Ils ont pu observer les différentes régions du cerveau stimulées par la lumière lors d'un test cognitif. En outre, ils pouvaient reconnaître le rôle de la mélanopsine en fonction des réponses observées avec des sources différentes de lumière (orange, bleue ou verte pour le test).

Les régions cérébrales en orange répondaient plus à la lumière test si
les participants avaient été exposés à une lumière orange 70 minutes plus tôt.
1. Thalamus; 2. Cortex prefrontal dorsolateral; 3. Cortex préfrontal ventrolatéral.
Ces régions sont importantes pour la régulation de l’éveil et des processus cognitifs complexes

16 jeunes participants ont réalisé une tâche cognitive sous forme de test auditif (mémorisation de mots et de leur position dans une liste) pendant qu’ils étaient exposés à une lumière test.

Résultat, l’impact de la lumière sur les régions cérébrales nécessaires à la réalisation de la tâche dépend de la couleur spécifique de la lumière reçue plus d'une heure auparavant. Une exposition préalable à la lumière orange avant une lumière test augmente l’impact de cette dernière sur le cerveau, alors qu’une exposition préalable à une lumière bleue produit l’effet inverse.

Mémoire photique. Ce “effet retard” d’une exposition à la lumière sur la réponse lumineuse suivante est typique de la mélanopsine et de certains photo-pigments rencontrés chez les invertébrés et les plantes, et il est connu sous le nom de "mémoire photique".

Il y aurait une machinerie dans l’œil identique à celle des invertébrés qui participe à la régulation de notre cognition. De façon générale, la lumière de notre environnement évolue au cours de la journée et ces changements modifient notre état.

Cette recherche met en avant l’importance de la lumière pour les fonctions cognitives cérébrales et constitue une preuve en faveur d’un rôle cognitif de la mélanopsine. Les chercheurs concluent que cette découverte plaide pour l’utilisation de systèmes lumineux qui optimiseraient les performances cognitives.


Le fonctionnement de notre cerveau serait influencé par les saisons

Des chercheurs du Centre de recherches du Cyclotron de l'Université de Liège, dans une étude publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences en mars 2016, ont montré que certaines fonctions cognitives du cerveau humain semblent varier en fonction de la saison.

En matière d'attention, l'activité cérébrale maximale est atteinte près du solstice d'été, alors que le niveau est à son plus bas près du solstice d'hiver.

En ce qui concerne la mémoire à court terme, l'activité cérébrale est à son maximum à l'automne et à son minimum à proximité de l'équinoxe de printemps. Si les sauts d'humeur ont été corrélés aux saisons, on sait par contre peu de choses sur la façon dont d'autres fonctions cérébrales varient selon les saisons, expliquent les chercheurs.

L'équipe a mesuré l'activité des fonctions cérébrales de 28 volontaires à différents moments de l'année.

Pour chaque période d'essai, les volontaires, tous âgés d'une vingtaine d'années, ont passé cinq jours dans le laboratoire dépourvu de tout repère saisonnier, comme la lumière du jour, et privé d'accès Internet.

A la fin de chaque période, les chercheurs ont mesuré l'activité cognitive des volontaires en réalisant deux tests différents en imagerie par résonance magnétique (IRM) fonctionnelle.

L'un des deux tests mettait surtout en jeu l'attention  tâche attentionnelle  des volontaires. Le second test impliquait surtout la mémoire à court terme  tâche exécutive .

Les performances aux deux tâches sont restées bonnes et constantes pour tous les sujets, quel que soit le moment de l'année, selon les résultats de l'étude. Les ressources cérébrales utilisées pour réaliser les tests changeaient toutefois en fonction de la saison. 

Pour la tâche attentionnelle, l'activité cérébrale maximale est atteinte en juin, près du solstice d'été, alors que le niveau est à son plus bas près du solstice d'hiver.

En revanche, l'activité cérébrale de la tâche exécutive  mémoire à court terme  ne suivait pas cette tendance. Elle était à son maximum à l'automne et à son minimum à proximité de l'équinoxe de printemps.

L'étude souligne que le cerveau ne fonctionne pas toujours de la même manière en fonction des saisons et que cela peut être davantage le cas pour des personnes plus vulnérables, qui font des dépressions saisonnières ou qui ont une sensibilité plus importante à ces fluctuations.

Des analyses supplémentaires montrent que ces résultats ne sont pas liés à des variations dans des mesures neurophysiologiques du niveau d'éveil, de la qualité du sommeil ou des variations endocrines du niveau de mélatonine. Ces résultats démontrent qu'en plus de leur rythmicité circadienne, certaines fonctions cognitives cérébrales varient donc également au gré des saisons.


La lumière bleue, aussi efficace que la caféine pour garder le cerveau éveillé



Selon des chercheurs de l'Université Mid Sweden, dans une étude publiée dans la revue PLoS ONE en novembre 2013, la lumière bleue posséderait également des effets positifs. Cette luminosité rendrait le cerveau plus alerte, à condition d'être utilisée au bon moment.

Depuis quelques temps, cette lumière traîne la mauvaise réputation de perturber le sommeil. Ainsi, l'utilisation des Smartphones, tablettes et autres écrans avant d'aller se coucher pourrait causer des nuits agitées. En effet, leur lumière bleue entraîne le recul de la mélatonine, surnommée hormone du sommeil, qui contrôle l'horloge biologique. Toutefois, Si elle vous empêche de dormir la nuit, elle pourrait bien vous tenir éveillé la journée.

Les chercheurs ont comparé les effets de la caféine (240 mg) et de la lumière bleue (à raison d'une dose d'une heure) sur le cerveau de 21 sujets en bonne santé.

Pour cela, ils ont soumis les sujets à des tests de psycho-vigilance avant et après les avoir exposés au hasard à quatre types de conditions :

1- de la lumière blanche et un placebo,
2- de la lumière blanche et de la caféine,
3- de la lumière bleue et un placebo,
4- de la lumière bleue et de la caféine.

Ils ont alors constaté que la lumière bleue comme la caféine avaient un effet positif sur les fonctions cognitives. Toutefois, pas à tous les niveaux : les personnes exposées à la lumière bleue ont obtenu de meilleurs résultats aux tests alors qu'ils étaient soumis à des distractions. De leur côté, les consommateurs de café ont réalisé des performances moins bonnes sur la précision et l'exactitude.

La lumière bleue et la caféine ont démontré des effets distincts sur les aspects des fonctions psychomotrices. Elles ont la possibilité d'influencer positivement de nombreux cas où les fonctions cognitives et la vivacité sont importantes. Cette nouvelle étude se base notamment sur les recherches suggérant que la lumière bleue améliore les capacités cognitives, comme la mémoire, la vivacité et le temps de réaction. De précédentes études ont déterminé qu'une exposition de seulement 50 secondes pouvait entraîner des changements dans le cerveau.

De nombreuses applications


Selon les chercheurs, la lumière bleue est totalement inoffensive pour les tissus et les cellules. Mais elle est assez puissante pour déclencher certains effets biologiques dans le corps. Ainsi, depuis quelques temps, elle est de plus en plus utilisée dans le cadre de nombreux traitements médicaux. Les docteurs de l'hôpital universitaire de Heidelberg, par exemple, ont développé un patch qui émet de la lumière bleue afin de traiter la douleur.

La lumière bleue pourrait permettre de combattre la mauvaise haleine. Selon des scientifiques, une exposition de seulement deux minutes, grâce à des lampes utilisées pour le blanchissement des dents, serait en effet suffisante pour tuer les bactéries présentes dans la salive et associées à la mauvaise haleine.

Une autre étude menée par des chercheurs de l'Université de Montréal a permis de déterminer que les personnes aveugles pourraient aussi bénéficier des bienfaits de la lumière bleue. Au cours de leurs travaux, les scientifiques ont été surpris de constater que des personnes aveugles étaient capables de déterminer à quel moment une lumière bleue avait été allumée ou éteinte, sans ne discerner aucun objet. Cette observation pourrait mener au développement de traitements efficaces pour les handicapés visuels ou pour d'autres personnes souffrant de troubles cognitifs. La lumière bleue pourrait alors être utilisée afin d'activer certaines parties spécifiques du cerveau.


Comment la lumière solaire affecte le fonctionnement cognitif ?

Un de leurs effets physiologiques de la lumière est liée à la vitamine D, dont les niveaux de sang dépendra principalement de la lumière du soleil et, moins important, de la nutrition. La peau exposée à la lumière ultraviolette produit de la vitamine D3, qui est ensuite transformée par le foie et les reins. La vitamine D est important pour des os, il a été étudié son rôle dans la dépression et a été également liée à des fonctions cognitives.

Dans une étude longitudinale de REGARDS (REasons for Geographic and Racial Differences in Stroke) réalisée par Shia T. Kent et ses collègues, publiée dans l'International Journal of of Biometeorology en 2013, ont trouvé une relation entre l'exposition au soleil et le fonctionnement mental. Dans leur recherche, ils ont utilisé des mesures de temps d'exposition à la lumière du soleil et de température environnementale du sol, fournies par satellite. Les données sur l'état cognitif des 19,896 participants ont été obtenues à partir de l’étude menée dans 48 États américains.

Les résultats de leur étude ont montré que le degré d'exposition au soleil durant l'année écoulée été lié au niveau de déclin cognitif chez les participants, même après ajustement d'autres effets variables telles que l'âge. Ceux qui avaient des niveaux élevés de rayonnement solaire avaient une plus faible probabilité d'occurrence de détérioration de la fonction cognitive. Cette relation était encore plus forte pour des jeunes hommes ayant vécu sous des températures plus élevées. Les auteurs proposent que cette conclusion pourrait être expliquée par le fait que ces gens passent plus de temps à l'extérieur durant l'année précédant l'enquête.


L'effet du soleil sur la santé du cerveau pourrait être expliquée par deux voies


L'une d'elles se réfère au métabolisme de la vitamine D, selon certaines études récentes qui trouvent un meilleur fonctionnement cognitif associé à des niveaux plus élevés de cette vitamine. Il existe dans le cerveau des récepteurs de la vitamine D et elle pourrait agir comme un facteur neuro-protecteur.

L'autre voie se réfère à la régulation des rythmes circadiens par l'hypothalamus, une structure du cerveau qui contrôle les niveaux de sérotonine et de mélatonine, substances qui sont également impliqués dans la fonction mentale. Les auteurs ont indiqué, cependant, que la recherche dans ce domaine est encore rare. Avec prudence pour éviter un coup de soleil, un peu de soleil semble très recommandable  pour maintenir la santé physique et mentale.


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