Phasic pupil responses to melanopsin- and cone-directed stimulation remain stable across circadian time
Diese Studie zeigt, dass die phasischen Pupillenreaktionen auf melanopsin- und kegelgerichtete Stimulation über den zirkadianen Zyklus hinweg stabil bleiben und unter den getesteten Bedingungen keine Anzeichen einer zirkadianen Modulation aufweisen.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Das menschliche Auge hilft uns nicht nur dabei, die Welt zu sehen; es fungiert als ständiger, automatischer Vermittler zwischen dem äußeren Licht und der inneren Uhr des Körpers. Wenn Licht auf die Retina trifft, eine Gewebeschicht am hinteren Teil des Auges, löst dies ein Signal aus, das dazu führt, dass sich die Pupille zusammenzieht. Diese Reaktion dient nicht nur dem Schutz des Auges vor Blendung. Sie ist auch ein Fenster dazu, wie unser Körper die Zeit verfolgt. In der Retina befinden sich spezielle lichtempfindliche Zellen, die keine Bilder bilden, sondern dem Gehirn mitteilen, wann Tag und wann Nacht ist. Diese Zellen helfen dabei, unsere Schlaf-Wach-Zyklen zu regulieren, indem sie sicherstellen, dass wir uns tagsüber wach und nachts schläfrig fühlen. Wissenschaftler haben sich lange gefragt, ob sich die Art und Weise, wie unsere Pupillen auf Licht reagieren, im Laufe des Tages verändert. Wird das Auge je nach Tageszeit empfindlicher oder weniger empfindlich gegenüber Licht? Wenn sich die Reaktion der Pupille mit der Uhrzeit verschiebt, könnte dies bede viel bedeuten, dass die Zellen, die für die Zeitmessung verantwortlich sind, selbst einem täglichen Rhythmus unterliegen.
Um diese Frage zu beantworten, entwarf ein Forscherteam in Deutschland eine Studie, die genau untersuchte, wie die Pupille über einen Zeitraum von fast zwei vollen Tagen auf verschiedene Arten von Licht reagiert. Sie wollten wissen, ob sich die Geschwindigkeit und die Stärke der Pupillenreaktion auf Licht veränderte, während die Teilnehmer sich durch ihre internen Tag- und Nachtzyklen bewegten. Die Herausforderung in früheren Studien bestand darin, dass Menschen normalerweise lange Zeit am Tag wach bleiben und nachts schlafen, was es schwierig machte, festzustellen, ob Veränderungen der Pupille auf die Tageszeit oder einfach darauf zurückzuführen waren, dass die Person müde wurde. Um dies zu lösen, nutzten die Forscher einen speziellen Zeitplan, bei dem die Teilnehmer kurze Nickerchen machten und für kurze Zeiträume wach blieben, in einem rotierenden Muster. Diese Methode ermöglichte es ihnen, die Pupillen zu jeder Stunde des biologischen Tages zu testen, ohne dass die Ergebnisse durch zunehmende Schläfrigkeit verfälscht wurden. Sie verwendeten zudem ein hochentwickeltes Lichtsystem, das in der Lage war, gezielt bestimmte lichtempfindliche Zellen im Auge anzusprechen und so die Reaktion der Zellen, die Farben erkennen, von denen zu isolieren, die Helligkeit oder den Verlauf der Zeit wahrnehmen.
Die Studie umfasste zwölf gesunde Erwachsene, die Zeit in einem lichtdichten Raum verbrachten, fernab von jeglichem Außenlicht, das ihren internen Uhren Einfluss hätte nehmen können. Über einen Zeitraum von vierzig Stunden durchliefen sie eine Reihe von Tests, bei denen sie auf einen Bildschirm starrten, der einen Ring aus Licht anzeigte, der sehr schnell an- und ausblinkte und dabei in präziser Weise seine Farbe und Helligkeit änderte. Die Forscher maßen die Reaktion der Pupille auf dieses Blinken und unterschieden dabei die schnelle, rhythmische Bewegung der Pupille von dem langsameren, stetigen Zusammenziehen, das geschieht, wenn Licht zuerst eingeschaltet wird. Sie konzentrierten sich auf fünf verschiedene Bedingungen: eine, die alle Lichtrezeptoren gleichzeitig stimulierte, eine, die auf die Zellen für das Schwarz-Weiß-Sehen abzielte, eine, die auf die Zellen für das Rot-Grün-Farbsehen abzielte, eine für das Blau-Gelb-Farbsehen und eine, die speziell auf die Zellen ausgerichtet war, die die Körperuhr einstellen. Durch die Analyse der Daten mit fortgeschrittenen statistischen Modellen verglichen sie, ob die rhythmische Reaktion der Pupille einem vorhersehbaren täglichen Muster folgte oder ob sie während der gesamten vierzig Stunden konstant blieb.
Die Ergebnisse waren eindeutig und überraschend. Über alle fünf Arten der Lichtstimulation hinweg veränderte sich die schnelle, rhythmische Bewegung der Pupille nicht mit der Tageszeit. Ob der Test nun während dessen stattfand, was sich wie die Mitte der Nacht anfühlte, oder während der Mitte des Tages – die Pupille verfolgte das blinkende Licht mit der gleichen Stärke und Beständigkeit. Die Forscher fanden keine Hinweise darauf, dass die Zellen, die für die Wahrnehmung von Licht oder Farbe verantwortlich sind, im Verlauf des zirkadianen Zyklus empfindlicher oder weniger empfindlich wurden. Dies deutet darauf hin, dass die schnelle, momentane Reaktion der Pupille auf Licht eine stabile Funktion ist, die nicht mit der inneren Uhr des Körpers schwankt. Während die Studie auch einen sehr kleinen, unsicheren Hinweis auf einen täglichen Rhythmus beim langsameren, anhaltenden Zusammenziehen der Pupille für eine spezifische Art von Farbsignal fand, war dieser Befund nicht stark genug, um als definitives Muster betrachtet zu werden. Die Hauptschlussfolgerung ist, dass die schnelle, rhythmische Verfolgung von Licht durch das Auge bemerkenswert konstant ist, unabhängig von der Zeit.
Dieser Befund hilft zu klären, wie unser visuelles System funktioniert. Er zeigt, dass der Mechanismus, der es der Pupille ermöglicht, schnellen Lichtveränderungen zu folgen, robust ist und nicht auf denselben täglichen Zeitsignalen basiert, die unsere Schläfrigkeit oder Wachsamkeit steuern. Die Studie schließt nicht aus, dass andere Teile des Auges oder des Gehirns sich im Laufe eines Tages noch immer verändern könnten, aber sie zeigt, dass die spezifische Fähigkeit, schnelles Licht zu verfolgen, stabil bleibt. Für Wissenschaftler bedeutet dies, dass sie sich nicht darum sorgen müssen, dass die Tageszeit die Geschwindigkeit dieser spezifischen Reaktion verändert, wenn sie Pupillenmessungen nutzen, um die Funktionsweise des Auges zu untersuchen oder bestimmte Zustände zu diagnostizieren. Die Fähigkeit des Auges, mit einem blinkenden Licht Schritt zu halten, ist ein zuverlässiges, unveränderliches Merkmal des menschlichen Sehens, das standhaft bleibt, selbst während der Rest des Körpers seinen täglichen Rhythmen folgt.
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