University of Oulu

Transcranial bright light – the effect on human psychophysiology

Saved in:
Author: Jurvelin, Heidi1,2
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Medicine
Format: ebook
Version: published version
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526218113
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2018
Publish Date: 2018-02-27
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Health and Biosciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium P117 (Aapistie 5B), on 9 March 2018, at 12 noon
Tutor: Professor Markku Timonen
Docent Timo Takala
Professor Pirkko Riipinen
Reviewer: Associate Professor Kaisa Hartikainen
Professor Petro Julkunen
Opponent: Professor Jukka Hintikka
Description:

Abstract

In addition to the visual information, external light causes non-image-forming (NIF) effects that modulate brain function and induce psychophysiological effects. The light signal is traditionally assumed to only be mediated via the eyes. Recent studies have suggested the existence of putatively light sensitive structures in the rodent and human brain and penetration of light into the skull and brain tissue has been observed. The brain activation observed during transcranial bright light (TBL) exposure indicates a direct light responsivity of brain tissue. The aim of this thesis was to explore the psychophysiological responses related to TBL.

The studies comprising this thesis were conducted in healthy subjects and patients suffering from seasonal affective disorder. TBL exposure was administered via the ear canals in all study settings using light-emitting diodes (LEDs). The comparisons in studies I, II, and III were conducted against the inactivated sham device. Study IV explored the effect of TBL dose.

Neither melatonin nor cortisol secretions were altered when acutely exposed to nocturnal TBL. Circadian profiles in TBL setting were in parallel to control conditions for both hormones. Intermittent TBL exposure led to alleviation of jet lag symptoms. Overall post-travel jet lag symptoms as well as subjective feelings of fatigue, inertia, and forgetfulness were reduced. The time to execute the motor response i.e. motor time with a visual warning signal was improved by the TBL treatment. TBL alleviated both depressive and anxiety symptoms related to seasonal affective disorder (SAD). A dose-response relationship regarding the intensity of dose administered via the ear canals was not found.

Altogether, TBL seems to affect human brain function by alleviating symptoms of jet lag and SAD and improving psychomotor performance. The acute effect is suggested to be mediated via structures unrelated to acute melatonin secretion i.e. the retinohypotalamic tract (RHT). These results support the light sensitivity of the human brain although the mechanism of action is not yet established.

see all

Tiivistelmä

Visuaalisen informaation lisäksi valo aiheuttaa käytöksellisiä ja fysiologisia vaikutuksia, jotka eivät liity kuvan muodostamiseen. Yleisesti vaikutuksen ajatellaan välittyvän aivoihin ainoastaan silmien kautta. Viimeaikaiset tutkimukset ovat havainneet jyrsijöiden ja ihmisten aivoissa mahdollisesti valolle vasteellisia rakenteita. Valon on osoitettu lisäksi läpäisevän kallon ja saavuttavan aivokudoksen. Aivojen aktivoituminen kallon läpi annettavan valoaltistuksen aikana viittaa myös suoraan aivojen valovasteellisuuteen. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tarkastella vaikuttaako kallon läpi annettava valo ihmisen psykofysiologiaan.

Tähän väitöskirjaan sisällytetyt tutkimukset tehtiin terveillä vapaaehtoisilla tutkittavilla ja kaamosmasennuspotilailla. Ledin avulla tuotettu valo annettiin kaikissa tutkimusasetelmissa korvakäytävien kautta. Tutkimukset I, II ja III tehtiin lumekontrolliasetelmassa. Tutkimuksessa IV tarkasteltiin valon annosvastetta.

Akuutin yöaikaisen valoaltistuksen ei havaittu muuttavan melatoniinin tai kortisolin eritystä. Molempien hormonien vuorokausieritysprofiilit olivat kontrolliasetelman kaltaiset. Jaksottaisen valoaltistuksen havaittiin lievittävän aikaerorasituksen kokonaisoireita ja vähentävän väsymystä, inertiaa ja hajamielisyyttä. Motorisen nopeuden havaittiin paranevan kolmen viikon valohoitojakson aikana. Lisäksi neljän viikon valohoitojakso lievitti kaamosmasennukseen liittyviä masennus- ja ahdistusoireita. Vaikutuksessa ei havaittu eroa eri valoannoksen saaneiden ryhmien välillä.

Kallon läpi annettava kirkasvalo näyttäisi vaikuttavan ihmisen aivotoimintaan lievittämällä aikaerorasituksen ja kaamosmasennuksen oireita sekä parantamalla psykomotorista suorituskykyä. Vaikutus ei ole yhteydessä akuuttiin melatoniinin erityksen estämiseen. Tämän tutkimuksen tulokset tukevat ajatusta aivojen valovasteellisuudesta. Kallon kautta annettavan valon vaikutusmekanismia ei kuitenkaan tiedetä vielä.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-952-62-1811-3
ISBN Print: 978-952-62-1810-6
Issue: 1450
Subjects:
Copyright information: © University of Oulu, 2018. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.