Let There Be Light

UNM-Studie misst die Wirksamkeit der Lichttherapie zur Umgestaltung des circadianen Rhythmus

Forscher der University of New Mexico und ihre Kollegen vom Lighting Enabled Systems & Applications (LESA) Center am Rensselaer Polytechnic Institute haben eine neue Technologie zur Messung der Wirksamkeit der Lichttherapie zur Synchronisierung menschlicher zirkadianer Rhythmen als potenzielle Behandlung von Schlaflosigkeit und Stimmungsstörungen demonstriert und andere gesundheitliche Probleme.

In einem online im IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine veröffentlichten Bericht (der die Dezemberausgabe der Zeitschrift leiten soll) berichtete das Team über eine Pilotstudie, die an drei Personen durchgeführt wurde, die das Smart Lighting Clinical Testbed im UNM Hospital verwendeten. Die verwendeten Beleuchtungs-, Sensor- und Steuerungssysteme basierten auf einem System, das erstmals im Smart Conference Room Testbed im LESA Center in New York installiert wurde.

Durch gezielte Veränderung bestimmter Wellenlängen des von speziellen LED-Leuchten emittierten Lichts konnten die Forscher das Einschlafen der Teilnehmer im Verlauf von vier Tagen und Nächten im Krankenzimmer, das auch mit ausgeklügelten Sensoren ausgestattet ist, die die Bewegungen.

"Die Validierung der Testbed-Fähigkeiten war der Höhepunkt einer langfristigen Software- und Hardware-Entwicklung", sagt Meeko Oishi, PhD, außerordentliche Professorin am Department of Electrical and Computer Engineering der UNM.

"Die Demonstration dieser Fähigkeiten in einer realen klinischen Umgebung während vier Nächten ist von Bedeutung und legt den Grundstein für eine hoch entwickelte personalisierte Technologie in der Zukunft."

Oishi arbeitete mit Lee K. Brown, MD, Professor in der Abteilung für Lungen-, Intensivpflege und Schlafmedizin der UNM und Direktor des UNM Sleep Disorders Center, zusammen, um das Testbed an der UNMH zu schaffen.

Um die Technologie zu testen, arbeiteten Brown und Oishi mit Forschungskollegen von LESA zusammen, einem Graduated Engineering Research Center der National Science Foundation mit Sitz in Rensselaer in Troy, NY. Weitere LESA-Mitglieder sind die Boston University und die Thomas Jefferson University in Philadelphia sowie Partner aus der Privatwirtschaft.

Wissenschaftler wissen, dass bestimmte Wellenlängen des blauen Lichts den zirkadianen Rhythmus des Menschen verändern können – die 24-Stunden-"Körperuhr", die unseren Schlaf-Wach-Zyklus, den Stoffwechsel und viele andere physiologische Prozesse antreibt. In dieser Pilotstudie wurden Patienten bestimmten Wellenlängen und Intensitäten von Licht ausgesetzt, um eine verzögerte Schlaf-Wach-Phase (Nacheulen) oder eine fortgeschrittene Schlaf-Wach-Phase (oft ein Problem für ältere Menschen oder Menschen mit Demenz) zu unterstützen.

Eine richtig gesteuerte Beleuchtung kann auch Depressionen lindern sowie die Produktivität, die kognitiven Funktionen und die Wachsamkeit verbessern. Präzision beim Zeitpunkt und der Intensität der Lichtexposition ist entscheidend, aber bis jetzt gab es nur wenige klinische Forschungseinrichtungen, die die Auswirkungen ausgedehnter Beleuchtungsprogramme von Tagen bis Wochen untersuchen können.

Fortschritte in der LED-Technologie haben das Design von Beleuchtungssystemen ermöglicht, die den Farbbereich, der für weißes Licht verwendet wird, präzise steuern. Das Smart Lighting Clinical Testbed verwendet die Beleuchtungs- und Sensortechnologien von LESA, die maßgeschneiderte Beleuchtungsprofile und eine kontinuierliche Verfolgung der Patientenbewegungen (unter Wahrung der absoluten Privatsphäre) in einem stationären Krankenhauszimmer ermöglichen.

Da sich das Testbed im UNM-Krankenhaus befindet, stehen Pflege und Ernährung zur Verfügung, sodass mehrtägige Studien rund um die Uhr durchgeführt werden können. Das Testbed verwendet farbabstimmbare Beleuchtung des LESA-Branchenmitglieds Telelumen, die wie Standard-Deckenleuchten für Krankenzimmer aussehen. Die Raumsensoren können Bewegungen und reflektierte Lichtintensität ohne den Einsatz von Kameras verfolgen, sodass keine Videobilder aufgezeichnet werden.

In der Pilotstudie entwarfen Experten für zirkadianen Rhythmus der Thomas Jefferson University spezielle Beleuchtungsprogramme, die so berechnet wurden, dass sie die zirkadiane Phase der Testpersonen über den Zeitraum von vier Tagen verschieben. Die Forscher sammelten den Speichel der Teilnehmer, um den Melatoninspiegel zu messen, ein Marker für die zirkadiane Phase einer Person.

Die Testpersonen trugen auch Aktigraphen, armbanduhrähnliche Geräte, die ihre Körperbewegungen aufzeichneten und analysiert werden konnten, um die zirkadiane Phase abzuschätzen. Zum Beispiel könnte ein Aktigraphiesensor feststellen, dass die Person im Laufe des Tages wahrscheinlich eingeschlafen ist, und das System würde das Lichtspektrum und die Intensität anpassen, um die Wachheit zu fördern.

LESA-Forscher untersuchen den Einsatz von tragbaren biometrischen Geräten, um die Beziehungen zwischen Beleuchtung und zirkadianen Rhythmen des Patienten zu untersuchen. Zusammen mit den anderen Testbed-Sensoren könnten diese Tools zu einer personalisierten Beleuchtungsbehandlung für verschiedene Erkrankungen ohne Krankenhausaufenthalt führen.

„Wir hoffen, dass die Ergebnisse von Studien mit dem klinischen Testbett für intelligente Beleuchtung von UNM die Einrichtung weiterer solcher Forschungseinrichtungen anregen werden, was zu einer ‚kritischen Masse‘ von Daten führt, die schlüssige Beweise dafür liefern, dass abstimmbare und auf den Menschen ausgerichtete spektrale Beleuchtung ein Standardbestandteil der Beleuchtung werden wird Design", sagt Brown.

"In der Zwischenzeit machen wir große Schritte, um die Anhäufung von Wissen und Know-how zu beschleunigen, um das Alltägliche Wirklichkeit werden zu lassen."