Effects of light on human circadian rhythms, sleep and mood

Somnologie (Berl). 2019 Sep;23(3):147-156. doi: 10.1007/s11818-019-00215-x. Epub 2019 Aug 20.

Abstract

Humans live in a 24-hour environment, in which light and darkness follow a diurnal pattern. Our circadian pacemaker, the suprachiasmatic nuclei (SCN) in the hypothalamus, is entrained to the 24-hour solar day via a pathway from the retina and synchronises our internal biological rhythms. Rhythmic variations in ambient illumination impact behaviours such as rest during sleep and activity during wakefulness as well as their underlying biological processes. Rather recently, the availability of artificial light has substantially changed the light environment, especially during evening and night hours. This may increase the risk of developing circadian rhythm sleep-wake disorders (CRSWD), which are often caused by a misalignment of endogenous circadian rhythms and external light-dark cycles. While the exact relationship between the availability of artificial light and CRSWD remains to be established, nocturnal light has been shown to alter circadian rhythms and sleep in humans. On the other hand, light can also be used as an effective and noninvasive therapeutic option with little to no side effects, to improve sleep,mood and general well-being. This article reviews our current state of knowledge regarding the effects of light on circadian rhythms, sleep, and mood.

Der Mensch lebt in einer 24-Stunden-Umgebung, in der sich Licht und Dunkelheit abwechseln. Unser zirkadianer Schrittmacher in den suprachiasmatischen Nuclei (SCN) des Hypothalamus synchronisiert unsere inneren biologischen Rhythmen mit dem Tagesverlauf des Sonnenlichts über Leitungsbahnen, die von der Netzhaut zu den SCN ziehen. Rhythmische Schwankungen in der Umgebungsbeleuchtung beeinflussen unser Verhalten, etwa den Wechsel zwischen Ruhe im Schlaf und Aktivität im Wachzustand, und dessen zugrunde liegenden biologischen Prozesse. In jüngster Zeit hat die Verfügbarkeit von künstlichem Licht die Lichtumgebung erheblich verändert, insbesondere während der Abend- und Nachtstunden. Dies kann das Risiko für die Entstehung von circadianen Schlaf-Wach-Rhythmusstörungen („circadian rhythm sleep-wake disorders“, CRSWD) erhöhen, die oft durch eine Fehlausrichtung bzw. einen Versatz zwischen endogenen tageszeitlichen Rhythmen und dem externen Hell-Dunkel-Zyklus verursacht werden. Zwar ist der genaue Zusammenhang zwischen der Verfügbarkeit von künstlichem Licht und CRSWD noch nicht geklärt, doch es hat sich gezeigt, dass nächtliches Licht den zirkadianen Rhythmus und den Schlaf beim Menschen verändert. Andererseits kann Licht auch als effektive, nichtinvasive Therapieoption mit geringen bis keinen Nebenwirkungen eingesetzt werden, um Schlaf, Stimmung und Allgemeinbefinden zu verbessern. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über den aktuellen Wissensstand hinsichtlich der Auswirkungen von Licht auf zirkadiane Rhythmen, Schlaf und Stimmung.

Keywords: Artificial light; Circadian rhythms; Depression; Light therapy; Natural light.