Fühlen Sie sich in letzter Zeit etwas deprimiert? Spielen Sie vor dem Schlafengehen zu viel mit Ihrem Telefon?

Autor: Wang Bo (Institut für Biophysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Der Artikel stammt vom offiziellen Account der Science Academy (ID: kexuedayuan)

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Viele Menschen glauben, dass die Entwicklung der KI letztendlich dazu führen wird, dass Menschen von Maschinen gesteuert werden. Eigentlich besteht kein Grund zur Sorge, denn wir werden heute von Maschinen gesteuert, die nur handtellergroß sind, flach und hässlich aussehen und nicht einmal laufen können! Es handelt sich um Smartphones (nachfolgend „Handys“ genannt)! !

Beim Essen mit dem Handy spielen (Fotoquelle: People's Daily Online)

Vor dem Schlafengehen mit dem Handy spielen (Fotoquelle: People's Daily Online)

Allerdings fühlen wir uns oft „eine Zeit lang gut, wenn wir vor dem Schlafengehen auf unser Telefon schauen“, aber wir scheinen nicht „ständig nachzusehen und uns die ganze Zeit gut zu fühlen“. Warum ist das so?

„Ich spiele jeden Tag vor dem Schlafengehen mit meinem Handy und bin deprimiert.“

Eine im amerikanischen Fachjournal „Sleep“ veröffentlichte Studie von Forschern der südkoreanischen Chongshin Women’s University zeigte, dass das Spielen mit Mobiltelefonen vor dem Schlafengehen die psychische Gesundheit beeinträchtigt. Menschen, die aufgrund des Spielens mit Mobiltelefonen nicht richtig einschlafen, leiden häufiger an Depressionen, Angstzuständen und Schlaflosigkeit.

Für die Studie wurden 160 Personen im Alter zwischen 20 und 30 Jahren befragt, die vor dem Schlafengehen fünfmal mehr Zeit am Telefon verbrachten als der Durchschnitt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich langes Spielen mit Mobiltelefonen vor dem Schlafengehen negativ auf die Gesundheit und die Psyche auswirkt und das Risiko einer Depression um 20 % und das Risiko einer Angststörung um 14 % erhöht. Eine Verzögerung der Schlafenszeit erhöht das Risiko von Schlaflosigkeit um 41 %. Das Risiko von Schlaflosigkeit ist sogar noch höher (82 %), wenn Sie vor dem Schlafengehen mit Ihrem Telefon spielen[1].

Was genau verursacht solch schwerwiegende psychische Gesundheitsprobleme? Herr „Sleeping Late“ sagte, er würde niemals die Schuld allein tragen und auch das Licht, das das Mobiltelefon in der dunklen Nacht ausstrahlt, sei ein „Mörder“.

Neuere Untersuchungen zu den neuronalen Schaltkreisen, die Emotionen durch Licht regulieren, haben gezeigt, dass Veränderungen der Lichtumgebung nicht nur den zirkadianen Rhythmus eines Organismus beeinflussen, sondern auch den mentalen Zustand erheblich modulieren. Eine 2018 in Cell veröffentlichte Studie zeigte, dass eine langfristige fragmentierte Licht- und Dunkelstimulation negative Emotionen hervorrufen kann[2]. Im Gegensatz dazu hat Tageslicht oft einen positiven Effekt auf die Regulierung menschlicher Emotionen[3]. Licht hat tagsüber und nachts völlig entgegengesetzte Auswirkungen auf die Emotionen. Der neuronale Mechanismus dahinter war schon immer ein ungelöstes Rätsel. Es ist noch nicht bekannt, ob Licht- oder Rhythmusstörungen die Emotionen beeinflussen.

Am 1. Juni dieses Jahres veröffentlichten Professor Xue Tian von der University of Science and Technology of China und das Team von Zhao Huan von der Hefei-Universität ihre neuesten Forschungsergebnisse mit dem Titel „Ein durch den zirkadianen Rhythmus gesteuerter subkortikaler Pfad für durch nächtliches Licht induziertes depressives Verhalten bei Mäusen“ online in Nature Neuroscience. Die Ergebnisse beschrieben die Struktur und Funktion der neuronalen Schaltkreise, die den durch anormales nächtliches Licht hervorgerufenen depressiven Phänotyp vermitteln, und bewiesen, dass es eher das anormale Licht in der Nacht als die Rhythmus- oder Schlafstörung ist, die depressives Verhalten verursacht. Damit gelingt es erstmals, den inneren Mechanismus der diametral entgegengesetzten emotionalen Wirkung von Licht am Tag und in der Nacht zu erklären. Kurz gesagt: Eine erhöhte Exposition gegenüber blauem Licht in der Nacht beeinflusst bestimmte neuronale Schaltkreise im Gehirn und führt zur Entstehung depressiver Symptome[4].

Diese Studie ist die erste, die die Schaltkreisgrundlage und den rhythmischen Gating-Mechanismus von durch Nachtlicht hervorgerufenen negativen Emotionen umfassend erklärt und auf der Grundlage von Tierversuchen neurowissenschaftliche Beweise für die oben genannten Erkenntnisse und das Rätsel der Auswirkungen von Licht auf Emotionen liefert. „Blaues Licht“ gilt als Hauptverdächtiger für die Entstehung von Depressionen.

„Blaues Licht“ ist in den von natürlichem Licht, Glühlampen, Leuchtstofflampen, Energiesparlampen sowie verschiedenen Lichtquellen wie LCD und LED emittierten Spektralkomponenten weit verbreitet. Allerdings gibt es im Land entsprechende Vorschriften zur spektralen Zusammensetzung elektronischer Produkte wie Bildschirmen und Handybildschirmen, um die negativen Auswirkungen energiereicheren blau-violetten Lichts auf unsere Augen zu vermeiden. Allerdings führt die Verwendung elektronischer Bildschirme über einen längeren Zeitraum in der Nacht immer noch dazu, dass die Augen einer konzentrierten Einwirkung der ohnehin geringen Menge an „blauem Licht“ ausgesetzt sind.

Depressive Mäuse unter blauem Licht

Das Forschungsobjekt dieser Arbeit des Teams von Professor Xue Tian und Zhao Huan sind Mäuse. Obwohl Mäuse unterschiedliche Vorlieben für den Tagesablauf haben als Menschen, wird ihr Verhalten in ähnlicher Weise von täglichen Lichtveränderungen und circadianen Rhythmen beeinflusst. Das Forschungsteam konstruierte ein Licht-in-der-Nacht-Modell (LAN) für Mäuse, bei dem die Mäuse drei Wochen lang jede Nacht in den zwei Stunden zwischen 21:00 und 23:00 Uhr im Rahmen des zirkadianen Rhythmus der Mäuse (8:00-20:00 Uhr tagsüber und 20:00-8:00+1 Uhr nachts) mit blauem Licht bestrahlt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass der zirkadiane Rhythmus der Mäuse nicht verändert war, jedoch allmählich einige ungewöhnliche Verhaltensweisen auftraten.

Als es beispielsweise zum Schwimmen gezwungen wurde, zeigte es einen Zustand der Aufgabe; Beim Anblick von Zuckerwasser nahm seine Vorliebe ab – das fröhliche Wasser war nicht mehr fröhlich! Da diese Verhaltensweisen gewisse Ähnlichkeiten mit depressiven Verhaltensweisen beim Menschen aufweisen, definieren Forscher sie als depressivähnliche Verhaltensweisen. Darüber hinaus erholten sich die Mäuse nicht sofort, nachdem die Blaulichtexposition jeden Abend unterbrochen wurde, und das depressive Verhalten hielt bis zu drei Wochen lang an.

(Bildquelle: Nature Neuroscience, 2020)

Wie führt Lichteinwirkung in der Nacht zu Depressionen?

Lichteinwirkung beeinflusst bei Säugetieren eine Reihe physiologischer Funktionen, darunter auch die Stimmung. Einerseits haben viele Studien gezeigt, dass moderate Sonneneinstrahlung während des Tages die Stimmung verbessern kann und dass eine „Lichttherapie“ zur Ergänzung des Lichts die Symptome bei Patienten mit Depressionen lindern kann. Andererseits wird davon ausgegangen, dass übermäßige Lichteinwirkung in der Nacht durch Lichtverschmutzung oder elektronische Geräte ein Risiko für die Entstehung depressiver Symptome birgt. Frühere Studien haben gezeigt, dass blaues Licht in der Nacht einen negativen Einfluss auf die Stimmung haben kann.

Forscher aus dem Team von Xue Tian und Zhao Huan nutzten neuronale Tracing-Tools, um einen speziellen neuronalen Schaltkreis „ipRGCs-dpHb-NAc“ („autonome Photorezeptor-Ganglienzellen – dorsolateraler Randbereich des Habenularkerns – Nucleus accumbens“) im Gehirn zu entdecken. Sie schlussfolgern, dass der Emotionsregulationsprozess dieses Schaltkreises der Grund dafür sein könnte, warum blaues Licht in der Nacht Mäuse depressiv macht.

Ausgangspunkt dieses neuronalen Schaltkreises ist ein spezieller Zelltyp auf der Netzhaut – die intrinsisch lichtempfindlichen retinalen Ganglienzellen (ipRGCs), ein vor zwanzig Jahren entdeckter Ganglienzelltyp mit Lichtempfindlichkeit, der unser bisheriges traditionelles Verständnis der Signaltransduktionsfunktion (normaler) Ganglienzellen auf den neuesten Stand brachte.

Der zweite Stopp der Schleife ist die laterale Randzone der Habenula (pHb), die in die dorsolaterale Zone (dpHb) und die ventrolaterale Zone (vpHb) unterteilt ist. Die laterale Habenula wird oft als „Anti-Belohnungszentrum“ des Gehirns bezeichnet. Es vermittelt viele negative Emotionen und ist die Zentrale, die unsere schlechte Laune verursacht.

Der Endpunkt der Schleife ist der Nucleus accumbens (NAc), der Eingaben aus der dorsolateralen limbischen Region der Habenula empfängt. Der Nucleus accumbens ist das zweitwichtigste Dopaminsystem im Gehirn. Es handelt sich auch um den am besten erforschten und am meisten beachteten Kern im Zusammenhang mit Sucht-, Belohnungs- und Bestrafungsverhalten. Es hat eine große Beziehung zur Entstehung von Vergnügen, was dem „Happy Valley“ im Gehirn entspricht. Es ist auch an der Entstehung von Depressionen beteiligt.

Wie wirkt also „blaues Licht“ über die autonomen lichtempfindlichen Ganglienzellen auf der Netzhaut auf das Gehirn und beeinflusst die Emotionen von Mäusen?

Im Allgemeinen sind die uns bekannten lichtempfindlichen Zellen auf der Netzhaut zwei Arten von Fotorezeptorzellen: Zapfen und Stäbchen. Zapfenzellen benötigen, wie ihr Name schon sagt, stärkeres Licht und können die Farben Rot, Grün und Blau wahrnehmen (es gibt drei verschiedene Arten von Zapfenzellen, jede mit einem entsprechenden lichtempfindlichen Pigment), sie leiden jedoch unter „Nachtblindheit“. Stäbchenzellen sind schlank und „farbenblind“, können aber bei schwachem Licht eine hohe Empfindlichkeit beibehalten und verfügen über die Fähigkeit zur „Nachtsicht“. Wenn wir mitten in der Nacht die Augen öffnen, können wir die Form und den Umriss von Möbeln erkennen, ihre Farbe jedoch nicht unterscheiden. Dies liegt daran, dass nur die Stäbchenzellen arbeiten.

Blau sind Zapfenzellen, die gut Farben unterscheiden können; Gelb sind Stäbchenzellen, die gut für das „Sehen im Dunkeln“ geeignet sind (Bildquelle: Zhihu)

Diese beiden Arten von Rezeptorzellen empfangen Licht und erzeugen elektrische Signale, die an bipolare Zellen und dann an Ganglienzellen weitergeleitet werden. Die Axone der Ganglienzellen bilden Sehnervenfasern, sammeln sich an der Papille des Tractus opticus (Sehnerv), verlassen den Augapfel durch die Siebplatte, werden zum Sehnerv und projizieren durch den Corpus geniculatum laterale in den visuellen Kortex des Gehirns, wodurch die gesamte Sehbahn gebildet wird.

Schematische Darstellung des mehrschichtigen Zellaufbaus auf der Netzhaut (Bildquelle: Ophthalmology)

Visueller Pfad (Bildquelle: „Principles of Neural Science 5th Edition“)

Ende des letzten Jahrhunderts entdeckte man, dass autonome lichtempfindliche Ganglienzellen das lichtempfindliche Pigment Melanopsin exprimieren und Licht wahrnehmen können. Bei Nagetieren sind autonome Photorezeptor-Ganglienzellen direkt an sowohl nicht bildgebenden als auch bildgebenden Sehprozessen beteiligt, darunter am Pupillenlichtreflex, an der Regulierung des zirkadianen Rhythmus, am Farbsehen und an der räumlichen Wahrnehmung. Chellappa veröffentlichte einen Artikel in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, in dem er feststellte: „Die Entdeckung autonomer Photorezeptor-Ganglienzellen ist eine der bedeutendsten Entdeckungen in der Neurowissenschaft des letzten Jahrzehnts. Ihre Entdeckung hat zu einem völlig revolutionären Verständnis der Funktion des Auges geführt [5].

Fluoreszenzfärbung von ipRGCs-Ganglienzellen (Bildquelle: Mit freundlicher Genehmigung von Elliott Milner, Ph.D.)

Mithilfe transgener Mäuse ohne Stäbchen, Zapfen und autonome Photorezeptor-Ganglienzellen fand das Team um Xue Tian und Zhao Huan heraus, dass autonome Photorezeptor-Ganglienzellen auch im Prozess der Depression, die durch nächtliche Lichtstörungen hervorgerufen wird, eine ausreichende und notwendige Rolle spielen.

Wenn die autonomen Photorezeptor-Ganglienzellen durch blaues Licht einer bestimmten Wellenlänge (~480 nm) aktiviert werden, übertragen sie Signale an die laterale Randzone der Habenula. Die Neuronen in der dorsolateralen Randzone der Habenula übertragen die Signale dann an den Nucleus accumbens (NAc), und der ventrale Teil projiziert zum medialen präfrontalen Kortex (mPFC). Diese Gehirnregionen stehen in engem Zusammenhang mit depressiven Symptomen. Unter anderem kann eine übermäßige Aktivität der lateralen Habenula depressives Verhalten hervorrufen. der Nucleus accumbens ist auch an der Entstehung von Depressionen beteiligt; und der präfrontale Kortex ist eng mit Emotionen und höherer kognitiver Leistungsfähigkeit verbunden.

Der neuronale Pfad „ipRGCs-dpHb-NAc“, der durch verstärktes Licht in der Nacht depressivähnliches Verhalten verursacht. Unter ihnen spielt die „dpHb-NAc“-Projektion eine zentrale Rolle bei den negativen Emotionen, die durch Störungen durch Nachtlicht hervorgerufen werden (Bildquelle: Nature Neuroscience, 2020).

Indem die Forscher die neuronale Verbindung zwischen der lateralen Habenula und dem Nucleus accumbens im Gehirn der Mäuse blockierten, konnten sie verhindern, dass die Mäuse durch Nachtlicht ein depressives Verhalten entwickelten. Gleichzeitig könnte die Aktivierung der Projektion autonomer Photorezeptor-Ganglienzellen auf die laterale Habenula durch Optogenetik bei Mäusen depressiv-ähnliches Verhalten hervorrufen. Diese Ergebnisse bestätigen eindeutig, dass die laterale Habenula ein wichtiger Schaltkreisknoten ist, der den Interferenzeffekt des Nachtlichts vermittelt.

Die Forscher verwendeten außerdem Adeno-assoziierte Viruswerkzeuge (AAV, ein sicheres, langlebiges, effizientes und hochspezifisches Werkzeug zur genetischen Manipulation), um den Input der lateralen Habenula in den präfrontalen Kortex bzw. den Nucleus accumbens zu hemmen. Die Ergebnisse bestätigten, dass die Wirkung von Nachtlichtstörungen nur durch die Hemmung der Projektion des „dorsolateralen Habenularbereichs-Nucleus accumbens“ beeinträchtigt werden würde. Gleichzeitig kann die direkte Aktivierung der Projektion des „dorsolateralen Habenularbereichs-Nucleus accumbens“ während bestimmter nächtlicher Zeiträume über drei Wochen hinweg unabhängig vom Nachtlicht depressivähnliche Symptome hervorrufen. Diese Erkenntnisse enthüllen die zentrale Rolle der Projektion des „dorsolateralen Habenularbereichs – Nucleus accumbens“ bei der Auslösung negativer Emotionen durch nächtliche Lichtinterferenzen und zeigen, dass es sich um einen regelrechten „Depressionspfad“ handelt.

Obere Abbildung: Die „dpHb-NAc“-Leitungsblockade beeinflusst die depressionsauslösende Wirkung von LAN; Untere Abbildung: Die direkte Aktivierung des „dpHb-NAc“-Signalwegs kann bei Mäusen ohne LAN depressives Verhalten hervorrufen (Bildquelle: Nature Neuroscience, 2020)

Und schließlich geht es darum, den Mechanismus weiter zu erforschen, durch den Licht Emotionen tagsüber und nachts unterschiedlich reguliert. Durch Einzelzell-Patch-Clamp-Technik und In-vivo-Glasfaseraufzeichnungen fanden die Forscher heraus, dass Neuronen im dorsalen Bereich der lateralen Habenula, die zum Nucleus accumbens projizieren, nachts erregbarer sind und eher Aktionspotentiale auslösen als tagsüber. Allerdings gibt es kein ähnliches Phänomen bei Neuronen im ventralen Bereich der lateralen Habenula, die in den präfrontalen Kortex projizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Neuronen im dorsalen Bereich der lateralen Habenula, die zum Nucleus accumbens projizieren, als ein durch den zirkadianen Rhythmus gesteuertes Ventil fungieren und sich nur nachts öffnen, wodurch nächtliche Lichtsignale über den „Depressionspfad“ auf den „Happy Valley“-Nucleus accumbens einwirken und dadurch negative Emotionen auslösen können. Dies könnte erklären, warum die Einwirkung von Licht am Tag nicht zu Veränderungen im emotionalen Verhalten führte.

Die Forscher spekulieren außerdem, dass dieser Schaltkreis die Tiere durch die Auslösung negativer Emotionen dazu veranlassen könnte, während der Nachtphase ihres zirkadianen Rhythmus unnötiges Licht zu meiden. Dies hilft ihnen, Feinden aus dem Weg zu gehen oder zu verhindern, dass ihr eigener biologischer Rhythmus gestört wird, insbesondere während der Lichtübergangsphasen wie in der Dämmerung oder im Morgengrauen. Im postindustriellen Zeitalter wird die nächtliche Lichtreizung jedoch zunehmend unvermeidlich. Daher kann es sein, dass dieser Funktionskreislauf, der sich zu Schutzzwecken entwickelt hat, nachts durch künstliches Licht „gekapert“ wird und beim Menschen negative Emotionen hervorruft.

Die möglichen negativen Auswirkungen der nächtlichen Lichtexposition auf die psychische Gesundheit müssen angegangen werden

Natürlich bedeutet diese Studie nicht, dass „das Spielen mit Mobiltelefonen vor dem Schlafengehen Depressionen verursacht“. Es gibt viele Faktoren, die zu Depressionen führen, und kein Faktor wirkt allein.

Während der Diskussion des Papiers wiesen die Forscher auch darauf hin, dass wir vorsichtig sein müssen, ob dieser Befund auf den Menschen übertragen werden kann. Schließlich sind Experimente mit Mäusen nicht ohne Grenzen. Mäuse selbst können beispielsweise Licht nicht ausstehen, sodass ihre negativen Gefühle gegenüber Licht besonders stark ausgeprägt sein können. Darüber hinaus müssen Verhaltensweisen wie die fehlende Vorliebe für zuckerhaltige Getränke nicht unbedingt mit einer echten Depression beim Menschen einhergehen.

Die Autoren kommen jedoch zu dem Schluss, dass die Identifizierung der Nervenbahnen im Gehirn, die durch nächtliches Licht beeinflusst werden, der erste Schritt zum Verständnis der Auswirkungen von mehr Licht in der Nacht auf die Stimmung ist. Wenn Lichteinwirkung beim Menschen dieselben neuronalen Schaltkreise aktiviert, können diese Ergebnisse möglicherweise dazu beitragen zu erklären, wie sich übermäßige Lichteinwirkung in der Nacht auf den Menschen auswirkt und warum sie mit depressiven Symptomen einhergeht.

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Mit dem Fortschritt von Industrie und Technologie wird die Nachtbeleuchtung immer üblicher. Viele Menschen leben unter den Neonlichtern der „Stadt, die niemals schläft“. Wenn spät in der Nacht die Landschaftsbeleuchtung ausgeht, werden sie bei ihrer Rückkehr nach Hause weiterhin vom blauen Licht elektronischer Geräte begleitet. Allerdings hat sich der Mensch im Laufe der Evolution über Millionen von Jahren an die wechselnden Lichtverhältnisse bei Tag und Nacht angepasst. Wenn es nachts zu hell ist, kann sich dies unbemerkt negativ auf unsere Gesundheit und unsere Stimmung auswirken. Hierzu zählt auch die Rolle des blauen Lichts von Mobiltelefonen.

Für die meisten von uns ist der Blick aufs Telefon vor dem Schlafengehen allmählich zu einer Routinehandlung geworden und wird häufiger ausgeführt als das Zähneputzen vor dem Schlafengehen. Tatsächlich verbergen sich hinter dieser Angewohnheit viele Gefahren, wie zum Beispiel Sehstörungen, unregelmäßige Arbeit und Ruhe, ein schlechter Hautzustand, Taubheitsgefühl in den Fingern, chronische Nackenschmerzen und es kann sogar zu Depressionen führen!

Wie können wir also vermeiden, dass es schädlich ist, vor dem Schlafengehen auf unser Telefon zu schauen? Wie können wir weiterhin leckeres Essen, schöne Landschaften und unterhaltsamen Sport genießen? Legen Sie einfach Ihr Telefon weg und schlafen Sie gut!

Quellen:

[1] Chung SJ, An H & Suh S. Was machen die Leute, bevor sie zu Bett gehen? Eine Studie zum Thema Aufschieben der Schlafenszeit mithilfe von Zeitverwendungsumfragen. Schlafen. 2019; 43 (4): zsz267. https://doi.org/10.1093/sleep/zsz267

[2] Fernandez DC, Fogerson PM, Ospri LL, Thomsen MB, Layne RM, Severin D, Zhan J, Singer JH, Kirkwood A, Zhao H, Berson DM & Hattar S. Licht beeinflusst Stimmung und Lernen über unterschiedliche Bahnen zwischen Netzhaut und Gehirn. Zelle. 2018; 175 (1): 71-84.e18. doi.org/10.1016/j.cell.2018.08.004.

[3] Huang C, Ruff DA, Pyle R, Rosenbaum R, Cohen MR, Doiron B. Schaltkreismodelle niedrigdimensionaler gemeinsamer Variabilität in kortikalen Netzwerken. Neuron. 2019; 101(2): 337-348.e4. doi:10.1016/j.neuron.2018.11.034.

[4] An K, Zhao H, Miao Y et al. Ein durch den zirkadianen Rhythmus gesteuerter subkortikaler Pfad für durch nächtliches Licht hervorgerufenes depressives Verhalten bei Mäusen. Nat. Neurowissenschaften 2020; 23: 869–880. doi.org/10.1038/s41593-020-0640-8.

[5] Chellappa SL, Ly JQM, Meyer C, Balteau E, Degueldre C, Luxen A, Phillips C, Cooper HM & Vandewalle G. Photisches Gedächtnis für exekutive Gehirnreaktionen. PNAS. 2014; 111 (16): 6087-6091. doi.org/10.1073/pnas.1320005111.