Laut einer Studie ist die Lichtfarbe für die innere Uhr weniger wichtig als ursprünglich angenommen

Vision ist ein komplexer Prozess. Die visuelle Wahrnehmung der Umgebung entsteht durch eine Kombination verschiedener Lichtwellenlängen, die im Gehirn als Farben und Helligkeit dekodiert werden. Fotorezeptoren in der Netzhaut wandeln das Licht zunächst in elektrische Impulse um: Bei ausreichend Licht ermöglichen die Zapfen scharfes, detailliertes und farbiges Sehen. Stäbchen tragen nur bei schlechten Lichtverhältnissen zum Sehen bei, sodass verschiedene Grautöne unterschieden werden können, das Sehen jedoch deutlich ungenauer ist.

Die elektrischen Nervenimpulse werden schließlich an Ganglienzellen in der Netzhaut und dann über den Sehnerv an die Sehrinde im Gehirn weitergeleitet. Diese Gehirnregion verarbeitet die neuronale Aktivität in ein farbiges Bild.

Was beeinflusst die innere Uhr?

Umgebungslicht ermöglicht uns jedoch nicht nur das Sehen; Es beeinflusst auch unseren Schlaf-Wach-Rhythmus. An diesem Prozess sind maßgeblich spezialisierte Ganglienzellen beteiligt, die – ebenso wie die Zapfen und Stäbchen – lichtempfindlich sind und besonders stark auf kurzwelliges Licht bei einer Wellenlänge von etwa 490 Nanometern reagieren.

Besteht Licht ausschließlich aus kurzen Wellenlängen von 440 bis 490 Nanometern, nehmen wir es als blau wahr. Aktiviert kurzwelliges Licht die Ganglienzellen, signalisieren sie der inneren Uhr, dass es Tag ist. Entscheidend ist dabei, wie intensiv das Licht pro Wellenlänge ist; die wahrgenommene Farbe ist nicht relevant.

„Allerdings erhalten auch die lichtempfindlichen Ganglienzellen Informationen von den Zapfen. Da stellt sich die Frage, ob die Zapfen und damit die Lichtfarbe auch einen Einfluss auf die innere Uhr haben. Schließlich kommt es zu den auffälligsten Veränderungen in Helligkeit und Lichtfarbe.“ bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang, die den Beginn und das Ende eines Tages markieren“, sagt Dr. Christine Blume.

Am Zentrum für Chronobiologie der Universität Basel erforscht sie die Wirkung von Licht auf den Menschen und ist Erstautorin einer Studie, die die Auswirkungen verschiedener Lichtfarben auf die innere Uhr und den Schlaf untersucht. Das Forscherteam der Universität Basel und der TUM hat seine Ergebnisse nun in der Zeitschrift veröffentlicht Natur menschliches Verhalten.

Helle Farben im Vergleich

„Eine Studie an Mäusen aus dem Jahr 2019 legte nahe, dass gelbliches Licht einen stärkeren Einfluss auf die innere Uhr hat als bläuliches Licht“, sagt Dr. Blume. Beim Menschen wird die Hauptwirkung von Licht auf die innere Uhr und den Schlaf wahrscheinlich über die lichtempfindlichen Ganglienzellen vermittelt. „Es gibt jedoch Grund zu der Annahme, dass die Farbe des Lichts, die durch die Zapfen kodiert wird, auch für die innere Uhr relevant sein könnte.“

Um dem auf den Grund zu gehen, setzten die Forscher 16 gesunde Freiwillige am späten Abend eine Stunde lang einem bläulichen oder gelblichen Lichtreiz sowie als Kontrollbedingung einem weißen Lichtreiz aus. Die Lichtreize waren so konzipiert, dass sie die farbempfindlichen Zapfen in der Netzhaut unterschiedlich und sehr kontrolliert aktivierten.

Allerdings war die Stimulation der lichtempfindlichen Ganglienzellen in allen drei Zuständen gleich. Unterschiede in der Lichtwirkung waren also direkt auf die jeweilige Reizung der Zapfen und letztlich auf die Farbe des Lichts zurückzuführen.

„Diese Methode der Lichtstimulation ermöglicht es uns, die Lichteigenschaften, die möglicherweise eine Rolle bei der Wirkung von Licht auf den Menschen spielen, auf saubere experimentelle Weise zu trennen“, sagt Manuel Spitschan, Professor für Chronobiologie und Gesundheit an der Technischen Universität München, der ebenfalls beteiligt war in der Studie.

Um die Auswirkungen der unterschiedlichen Lichtreize auf den Körper zu verstehen, ermittelten die Forscher im Schlaflabor, ob sich die innere Uhr der Teilnehmer je nach Lichtfarbe verändert hatte. Darüber hinaus ermittelten sie, wie lange die Probanden zum Einschlafen brauchten und wie tief sie zu Beginn der Nacht schliefen. Die Forscher erkundigten sich auch nach ihrer Müdigkeit und testeten ihre Reaktionsfähigkeit, die mit zunehmender Schläfrigkeit abnimmt.

Ganglienzellen sind von entscheidender Bedeutung

Das Fazit: „Wir haben keine Hinweise darauf gefunden, dass die Variation der Lichtfarbe entlang einer Blau-Gelb-Dimension eine relevante Rolle für die innere Uhr oder den Schlaf des Menschen spielt“, sagt Dr. Blume. Dies widerspricht den Ergebnissen der oben erwähnten Mausstudie. „Vielmehr stützen unsere Ergebnisse die Erkenntnisse vieler anderer Studien, dass die lichtempfindlichen Ganglienzellen für die innere Uhr des Menschen am wichtigsten sind“, sagt der Wissenschaftler.

Manuel Spitschan sieht in der Studie einen wichtigen Schritt zur Umsetzung der Grundlagenforschung in die Praxis. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es bei der Planung und Gestaltung der Beleuchtung wahrscheinlich am wichtigsten ist, die Wirkung des Lichts auf die lichtempfindlichen Ganglienzellen zu berücksichtigen. Die Zapfen und damit die Farbe spielen eine sehr untergeordnete Rolle“, sagt er.

Es bleibt abzuwarten, ob die Lichtfarbe auch dann keinen Einfluss auf den Schlaf hat, wenn sich die Parameter ändern und beispielsweise die Dauer der Lichteinwirkung verlängert wird oder zu einem anderen Zeitpunkt erfolgt. Fragen wie diese sollten Folgestudien beantworten.

Nachtmodus auf Bildschirmen – nützlich oder nicht?

Wir hören oft, dass der kurzwellige Anteil des Lichts von Smartphone- und Tablet-Bildschirmen den biologischen Rhythmus und den Schlaf beeinflusst. Daher empfiehlt es sich, das Handy am frühen Abend wegzulegen oder zumindest den Nachtschichtmodus zu nutzen, der die kurzwelligen Lichtanteile reduziert und leicht gelblich wirkt. Dr. Blume bestätigt dies. Allerdings ist die gelbliche Farbverstellung ein vermeidbares Nebenprodukt.

„Technisch ist es möglich, die kurzwelligen Anteile auch ohne Farbanpassung des Displays zu reduzieren; bei kommerziellen Handy-Displays ist dies allerdings noch nicht umgesetzt“, sagt der Schlafforscher.