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
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.
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 –.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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