Chez l'homme, la lumière influence 1) les rythmes circadiens, 2) le cycle veille-sommeil, et 3) active les fonctions non-visuelles. La rétine qui reçoit et traite l’information lumineuse possède des caractéristiques uniques de sensibilité à la lumière qui dépendent de la longueur d'onde. Elle se compose de photorécepteurs visuels (cônes S-, M-, ou L-) présentant une sensibilité au bleu, vert, et rouge et des photorécepteurs non-visuels (les cellules ganglionnaires à mélanopsine, ipRGCs) sensible à 480nm. Peu d'études ont étudié l'impact de lumières colorées sur les fonctions non-visuelles. De telles études ont utilisées des lumières monochromatiques de longue durée, administrées après les horaires normaux de coucher, avec une pupille dilatée. Cela contraste avec l'exposition à la lumière ambiante. Comment celle-ci influence la dynamique des réponses non-visuelles et est-ce que leur intensité ou leur composition de couleur influe sur les rythmes circadiens n'est toujours pas élucidée.Nous avons étudié les effets d’une lumière polychromatique sur les dynamiques de l'activité corticale (EEG), le réflexe pupillaire, la suppression de la mélatonine, la fréquence cardiaque, la température et les performances neurocomportementales. 28 sujets hommes ont été exposés à 4 stimuli lumineux de 50 min, entre 19-2300 h. Les stimuli avaient une contribution mélanopique différente, mais une densité de photons identique de 10e14 photons/cm²/s. Cela nous a permis de disséquer les contributions relatives des photorécepteurs non-visuels/visuels dans les fonctions non-visuelles. Dans une seconde étude, les photorécepteurs et niveaux de lumière nécessaires pour 1) initier et saturer la suppression de la mélatonine et 2) les plages actives ont été calculés. Ces résultats ont des implications dans notre compréhension des effets d’une exposition à la lumière artificielle sur la veille et le sommeil et les troubles du rythme circadien tels que le syndrome du retard de phase / In humans, light influences 1) circadian rhythms, 2) sleep-wake cycle, and 3)activate non-visual functions. While white bright light studies provide insight on the effect of light per se, the retina consists of visual photoreceptors (S-M-L cones) exhibiting sensitivity in blue, green, red colour range and non-visual photoreceptors (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGCs) most sensitive at 480nm. Few studies investigated the impact of coloured light corresponding to the different photoreceptors on light-dependent physiology. Such studies employed long duration monochromatic light, administered past normal bedtimes, after pupil dilator application. This contrasts with real-life light exposure. Furthermore, the link between light, non-visual responses and sleep-wake cycle has not been dynamically assessed. How ambient light influences the kinetics of non-visual responses and whether their intensity or colour impacts circadian rhythms is still unclear.We investigated polychromatic light exposure on the kinetics of cortical activity (EEG), pupillary light reflex, melatonin suppression, heart rate, temperature and neurobehavioral performances in humans. In a first study, 28 males were exposed to 4 light pulses of 50 min each from 19-2300 h. Light pulses had different melanopic contribution but identical photon density of 1014 photons/cm²/s. This allowed us to dissect relative contributions of non-visual/visual photoreceptors on light-dependent physiology and wakefulness markers. In a second study, we determined the sensitivity and thresholds of nocturnal melatonin suppression by light and the photoreceptors involved. Light levels needed to 1) initiate suppression, 2) saturation and 3) the active ranges were calculated. These findings have implications in our understanding of artificial light exposure on the sleep-wake cycle and circadian rhythm disorders such as delayed sleep phase disorder

Outre ses effets sur le système visuel classique permettant la formation des images, la lumière agit sur plusieurs fonctions « non-visuelles ». Celles-ci incluent la constriction pupillaire, la température corporelle, la sécrétion hormonale, le cycle veille-sommeil, la vigilance et les performances cognitives. Les fonctions non-visuelles sont préférentiellement sensibles aux lumières à longueurs d’ondes courtes (lumière bleue) en comparaison aux longueurs d’ondes plus longues (lumière verte). Il est proposé que le vieillissement s’accompagne d’une diminution de la sensibilité des fonctions non-visuelles à la lumière. Cette recherche vise à évaluer les effets de l’âge sur la constriction pupillaire et la sensibilité cérébrale à la lumière lors de l’exécution de tâche cognitive. Deux groupes de sujets, 16 jeunes (18-30 ans) et 14 âgés (55-70 ans), ont suivis un protocole de pupillométrie visant à mesurer la dynamique pupillaire lors d’exposition à des lumières bleues et vertes monochromatiques de trois intensités différentes. Les résultats ont montré davantage de constriction en bleu qu’en vert et des effets plus importants suivant l’augmentation de l’intensité lumineuse. Nos résultats ne montrent cependant pas de différence d’âge sur la constriction pupillaire à la lumière suggérant la préservation de cette réponse non-visuelle. Dans un deuxième temps, les mêmes sujets ont exécuté une tâche cognitive en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) tandis qu’ils étaient maintenus dans la noirceur, ou exposés à des lumières bleues. Les résultats ont montré une diminution des effets de la lumière avec l’âge dans le thalamus, l’amygdale, l’insula et l’aire ventrale tegmentale, régions engagées dans la vigilance, l’attention et les processus émotionnels. Les modifications qui s’opèrent sur les différentes fonctions non-visuelles avec l’âge ne semblent pas homogènes. Ces résultats corroborent les évidences animales qui montrent différents seuils de sensibilités à la lumière et la présence de réseaux neuronaux partiellement indépendants pour les diverses réponses non-visuelles. De plus, ils sont les premiers à démontrer que les effets neuronaux stimulants de la lumière bleue sur la cognition sont diminués avec l’âge. Les recherches devront évaluer si cette diminution de sensibilité influence les performances cognitives au cours du vieillissement. Enfin, un raffinement de nos connaissances permettra de mieux adapter l’environnement lumineux avec l’âge. / Notwithstanding its effects on the classic visual system allowing image formation, light acts upon several «non-visual» functions including body temperature, hormonal secretions, sleep-wake cycle, alertness and cognitive performances. Results have shown that non-visual functions are maximally sensitive to blue wavelength (460-480nm), in comparison the longer light wavelengths (i.e. green: 550nm). Changes as to the sensitivity of these responses during the aging process were reported. In our research project, two groups of subjects, 16 young (18-30) and 14 older (55-70), followed a pupillometry protocol in order to measure the pupillary dynamic while being exposed to three different intensities of blue and green monochromatic lights. Results revealed more constrictions in blue than in green lights, and significant effects following the increase of light intensity. Our results also demonstrated a similar pupillary constriction between the two age groups, suggesting that this non-visual response remains intact with age. In the second phase, the same subjects executed cognitive tasks involving functional magnetic resonance imaging while maintained in darkness, or exposed to blue monochromatic lights. Results indicate a decrease of the impact of light with age namely, at the level of the thalamus, amygdala, insula and in the tegmental ventral area. These brain regions are involved in alertness, awakeness, attention and emotional processes. Consequently, the modifications which occur in the different non-visual responses during the aging process do not appear to be homogeneous. Our results are coherent with animal evidences which demonstrate different sensitivity thresholds to light and the presence of neuronal networks partially independent for various non-visual responses. In addition, they are the first indications of a decrease of the stimulating neuronal effects of light during the aging process. Future studies will help to verify whether the brain sensitivity reduction is linked to age-related behavioral differences. A better understanding of light effects on non-visual functions will permit an adapted light exposure in healthy aging and will also contribute to optimal lighting environment.