最新研究揭示：强光照增强大脑认知能力
最新研究揭示：强光照增强大脑认知能力
最新研究揭示，较高的光照水平会影响大脑中的下丘脑，从而在执行涉及执行和情绪处理的任务时增强某些认知功能。
图源：Pixabay
较高的光照水平会影响大脑中的下丘脑，从而在执行涉及执行和情绪处理的任务时增强某些认知功能。在执行和情感任务期间，较高的光照水平会增加下丘脑后部和侧部的活动。增加光照还导致下丘脑前腹侧活动减少，这些区域通常参与睡眠调节和昼夜节律。
一项发表在《eLife》杂志上的最新研究揭示了不同照度水平（光量的测量单位）如何提高人类的警觉性和认知能力。研究发现，较高的光照水平会影响大脑中的下丘脑，从而在执行涉及执行和情绪处理的任务时增强某些认知功能。
这项研究的主要动机是了解不同强度的光是如何影响我们的大脑。众所周知，光照会影响动物大脑的这些区域，但这些影响对人类的具体影响仍不清楚。
过去的动物研究表明，某些大脑区域对光的反应会影响行为，但人类的生理和神经系统显然更为复杂。例如，人类的大脑皮层比动物成熟得晚，因此我们的认知过程更为高级。理解光如何影响这些认知过程，对于通过光照等非侵入性方法提升认知能力和认知缺陷具有重要意义。
虽然光对睡眠和清醒等生物功能的影响似乎是不言而喻的，但我们对光对人类大脑活动，尤其是认知能力的具体影响，仍然知之甚少。下丘脑是这项研究的重点区域，因为它是参与调节昼夜节律和警觉性的重要脑区。
为了研究不同程度的光照如何影响大脑活动和认知能力，研究人员招募了30名健康的年轻人。这些参与者是根据严格的标准挑选出来的，以确保他们没有精神和神经系统疾病、睡眠障碍以及其他可能影响大脑功能或研究结果的疾病。参与者还被要求在实验前一周保持一致的睡眠和起床时间，同时不能摄入咖啡因和酒精等可能影响认知功能的物质。
下丘脑
实验当天，参与者早上到达实验室，首先在明亮的白光下暴露 5 分钟，然后在昏暗的灯光下暴露 45 分钟。这一做法的目的是对所有参与者最近的光线照射条件进行标准化。
研究的核心是使用超高场 7 特斯拉扫描仪进行功能磁共振成像（fMRI）扫描，这种扫描仪比标准磁共振成像扫描仪的分辨率高得多，能提供更清晰的大脑活动图像。在 fMRI 扫描过程中，参与者在不同的光照条件下执行了两种听觉认知任务--执行功能任务和情感任务。
执行功能任务是一种听觉版的n-back任务。这是一种常用的测量工作记忆和执行功能的测试。在这项任务中，参与者需要听一系列的声音刺激，并判断当前的项目是否与两步前的项目相匹配。
在情感任务中，参与者听到以愤怒或中性语调发音的声音，并被要求判断说话者的性别。这一任务的主要目的是调动参与者的情感处理能力，并测试他们对情绪内容的反应。
任务期间的光线照射是通过一种特殊的核磁共振成像兼容光纤系统精心控制的，这个系统能以均匀和间接的方式将光线直接照射到眼睛上。研究人员使用了不同强度的光，包括不同级别的富含蓝色的白色 LED 光和特定强度的单色橙色光。考虑到光对人体昼夜节律系统的影响，这里的光照强度都是以黑素等效日光照度（mel EDI-lux）来衡量的。
研究发现，在执行和情感任务期间，较高的光照水平会增加下丘脑后部和侧部的活动。这种增加表明，更亮的光线条件可能提高警觉性，从而有可能改善需要大量脑力和注意力的任务中的认知表现。
增加光照还导致下丘脑前腹侧活动减少，这些区域通常参与睡眠调节和昼夜节律。活动减少可能表明，当暴露在较高的光照水平下时，光线会对大脑中促进睡眠的区域产生抑制作用，这与之前的研究表明光线可以抑制嗜睡是一致的。
值得注意的是，研究人员将下丘脑活动的这些变化与认知能力联系起来。在执行任务的过程中，随着光照度的增加，成绩也会提高，而任务成绩的提高又与下丘脑后部的活动呈负相关。
这表明，尽管较高的光照通常会提升该区域的活动，但最好的认知表现并非在活动最高时出现。得出这种结论的原因还需要进一步研究。尽管如此，这可能意味着脑区激活与达到最佳认知状态之间需要保持一种微妙的平衡。如果过度激活，可能反而会对认知表现产生负面影响。
情感任务的结果显示，光照如何影响大脑活动的情况与执行任务时相似，但光照对情感处理的直接影响在数据中不太明显。虽然光照并未显著改变人们对情绪刺激的反应速度，但研究发现，下丘脑后部的活动增加时，人们的反应时间会相应变长。这可能意味着更强的光照使得情绪刺激更加突出，从而影响了人们对情绪信息的反应时间。
总体而言，这些发现强调了光线对大脑功能的影响，突出了下丘脑中的不同区域对光照变化的不同反应。
研究的高级作者、GIGA-CRC人类成像中心联合主任吉尔·范德瓦勒解释说：“我们的结果显示，人类的下丘脑在进行认知任务时对不同强度的光线的反应并不一致。更强的光线与更高的认知表现相关，这种刺激效应部分是由下丘脑后部介导的。这一区域可能与下丘脑前部和下部的活动减少，以及其他调节清醒状态的非下丘脑脑结构共同作用。”
不过，这项研究只关注光照的短期效应，在认知任务期间使用短暂的光照。这种设计没有考虑持续多天或多周的光照可能带来的长期影响，而这一点在工作场所的照明或治疗睡眠障碍等实际应用中至关重要。
这项研究的另一个潜在缺点是实验室控制的环境可能无法完全复制真实世界的条件。真实世界中多种因素会影响光照和认知表现。而研究中的具体条件，比如光照的类型和时间，都是严格控制的，可能无法反映自然环境中的变化。未来的研究可以在更自然的环境中复制这些发现，以确定在控制较少的条件下是否能观察到类似的效果。
最后，坎贝尔总结道："将照明技术用于治疗领域确实充满希望。但要实现这一点，我们还需要更深入地探索光线如何在皮层下水平上影响大脑。我们的研究成果为达成这一目标迈出了关键一步，尤其是在揭示下丘脑的作用方面。"
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本文原文来自澎湃新闻