En el campo de la neurociencia, el estudio de cómo la luz afecta el cerebro humano continúa ofreciendo descubrimientos sorprendentes y de gran relevancia. Un reciente estudio publicado en eLife, liderado por Islay Campbell de la Universidad de Lieja, proporciona evidencias convincentes sobre cómo diferentes niveles de iluminación pueden mejorar la cognición y la alerta en humanos, posiblemente mediante la modulación de la actividad del hipotálamo.
Los efectos biológicos de la exposición a la luz han estado bien documentados en los últimos años. Se ha demostrado que la iluminación más alta estimula el estado de alerta y el rendimiento cognitivo. Estos efectos se basan principalmente en una subclase de células sensibles a la luz en la retina, llamadas ipRCG. Estas células se proyectan en múltiples áreas del cerebro, pero las proyecciones se encuentran más densamente dentro del hipotálamo, que generalmente se asocia con la regulación de los ritmos circadianos, el sueño y el estado de alerta, y las funciones cognitivas.
Aunque este conocimiento proviene principalmente de estudios en animales, el equipo de Campbell ha trasladado esta investigación al contexto humano con resultados notables. “Traducir los hallazgos sobre cómo la exposición a la luz afecta al cerebro en modelos de animales a los seres humanos es un proceso difícil, ya que la maduración posterior de la corteza en los seres humanos permite un procesamiento cognitivo mucho más complejo. En particular, no se ha establecido si los núcleos del hipotálamo contribuyen al impacto estimulante de la luz sobre la cognición”, explica la autora principal del estudio Islay Campbell, ex estudiante de doctorado en GIGA-CRC Human Imaging, que ahora ha obtenido su doctorado en la Universidad de Lieja, Bélgica.
Para comprender mejor el impacto de la luz en la cognición humana, Campbell y sus colegas reclutaron a 26 adultos jóvenes sanos para participar en su estudio. Le pidieron a cada participante que completara dos tareas cognitivas auditivas: una tarea ejecutiva modificada de la «tarea n-back» en la que se les pidió a los participantes que determinaran si un sonido actual era idéntico al que escucharon dos elementos antes, o si contenía la letra «K»; y una tarea emocional, en la que se pidió a los participantes que identificaran el género de una voz que se pronunciaba en un tono neutro o en un tono enojado.
Cada tarea se completó mientras los individuos se colocaban alternativamente en la oscuridad, o se exponían a cortos períodos de luz en cuatro niveles de iluminación (0,16, 37, 92, 190 de iluminancia diurna equivalente melanópica). El equipo utilizó una técnica llamada imagen de resonancia magnética funcional de 7 Tesla, que tiene una resolución y una relación señal/ruido más altas en comparación con la resonancia magnética estándar de 3 Tesla, para evaluar el impacto de los diferentes niveles de luz en la actividad del hipotálamo durante las tareas.
Los resultados mostraron que niveles más altos de luz incrementan la actividad en el hipotálamo posterior durante las tareas ejecutivas y emocionales. Por el contrario, el hipotálamo inferior y anterior siguió un patrón aparente opuesto, mostrando una disminución de la actividad bajo niveles más altos de luz.
A continuación, el equipo trató de determinar si estos cambios en la actividad del hipotálamo regional estaban relacionados con un cambio en el rendimiento cognitivo. Se centraron en evaluar el rendimiento de los participantes durante la tarea ejecutiva, ya que esto requería un mayor nivel de cognición para resolverlo.
Su análisis reveló que, efectivamente, los niveles más altos de luz de hecho condujeron a un mejor rendimiento en la tarea, lo que indica un aumento en el rendimiento cognitivo. Y lo que es más importante, el aumento del rendimiento cognitivo en condiciones de mayor iluminación se correlacionó negativamente con la actividad del hipotálamo posterior. Esto hace improbable que la actividad del hipotálamo posterior medie directamente en el impacto positivo de la luz sobre el rendimiento cognitivo, y posiblemente apunta a la participación de otras regiones cerebrales, lo que requiere más investigación.
Por otro lado, se encontró que la actividad del hipotálamo posterior estaba asociada con un aumento de la respuesta conductual a la tarea emocional. Esto sugiere que la asociación entre el rendimiento cognitivo y la actividad del hipotálamo posterior puede depender del contexto: en algunas tareas, se pueden reclutar ciertos núcleos de hipotálamo o poblaciones neuronales para aumentar el rendimiento, pero no en otras.
“Nuestros resultados demuestran el hipotálamo humano no responde de manera uniforme a distintos niveles de luz mientras se enfrenta a un reto cognitivo. Los niveles más altos de luz se asociaron a un mayor rendimiento cognitivo, y nuestros resultados indican que este impacto estimulante está mediado, en parte, por el hipotálamo posterior. Es probable que esta región trabaje conjuntamente con la menor actividad del hipotálamo anterior e inferior, junto con otras estructuras cerebrales no hipotalámicas que regulan la vigilia.”; explica el también autor principal del estudio Gilles Vandewalle, codirector del GIGA-CRC Human Imaging , Universidad de Lieja.
Ante estos resultados, los autores del estudio abogan por investigar más sobre cómo la iluminación afecta otras estructuras y redes cerebrales para entender completamente su impacto en el comportamiento humano. Esto podría revolucionar el uso de la luz en terapias para mejorar la calidad del sueño, el estado afectivo y la cognición durante el día.
“Es importante responder a las preguntas que se desprenden de nuestro estudio, porque actuar sobre la iluminación es un medio prometedor y fácil de aplicar para reducir la fatiga a lo largo del día, mejorar los defectos cognitivos y permitir un sueño reparador por la noche con unos costes y efectos secundarios mínimos”, concluye Campbell.
Puede acceder al Paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:
https://elifesciences.org/reviewed-preprints/96576v1
Imágenes: Dall-e
