Abstract In addition to the visual information, external light causes non-image-forming (NIF) effects that modulate brain function and induce psychophysiological effects. The light signal is traditionally assumed to only be mediated via the eyes. Recent studies have suggested the existence of putatively light sensitive structures in the rodent and human brain and penetration of light into the skull and brain tissue has been observed. The brain activation observed during transcranial bright light (TBL) exposure indicates a direct light responsivity of brain tissue. The aim of this thesis was to explore the psychophysiological responses related to TBL. The studies comprising this thesis were conducted in healthy subjects and patients suffering from seasonal affective disorder. TBL exposure was administered via the ear canals in all study settings using light-emitting diodes (LEDs). The comparisons in studies I, II, and III were conducted against the inactivated sham device. Study IV explored the effect of TBL dose. Neither melatonin nor cortisol secretions were altered when acutely exposed to nocturnal TBL. Circadian profiles in TBL setting were in parallel to control conditions for both hormones. Intermittent TBL exposure led to alleviation of jet lag symptoms. Overall post-travel jet lag symptoms as well as subjective feelings of fatigue, inertia, and forgetfulness were reduced. The time to execute the motor response i.e. motor time with a visual warning signal was improved by the TBL treatment. TBL alleviated both depressive and anxiety symptoms related to seasonal affective disorder (SAD). A dose-response relationship regarding the intensity of dose administered via the ear canals was not found. Altogether, TBL seems to affect human brain function by alleviating symptoms of jet lag and SAD and improving psychomotor performance. The acute effect is suggested to be mediated via structures unrelated to acute melatonin secretion i.e. the retinohypotalamic tract (RHT). These results support the light sensitivity of the human brain although the mechanism of action is not yet established. / Tiivistelmä Visuaalisen informaation lisäksi valo aiheuttaa käytöksellisiä ja fysiologisia vaikutuksia, jotka eivät liity kuvan muodostamiseen. Yleisesti vaikutuksen ajatellaan välittyvän aivoihin ainoastaan silmien kautta. Viimeaikaiset tutkimukset ovat havainneet jyrsijöiden ja ihmisten aivoissa mahdollisesti valolle vasteellisia rakenteita. Valon on osoitettu lisäksi läpäisevän kallon ja saavuttavan aivokudoksen. Aivojen aktivoituminen kallon läpi annettavan valoaltistuksen aikana viittaa myös suoraan aivojen valovasteellisuuteen. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tarkastella vaikuttaako kallon läpi annettava valo ihmisen psykofysiologiaan. Tähän väitöskirjaan sisällytetyt tutkimukset tehtiin terveillä vapaaehtoisilla tutkittavilla ja kaamosmasennuspotilailla. Ledin avulla tuotettu valo annettiin kaikissa tutkimusasetelmissa korvakäytävien kautta. Tutkimukset I, II ja III tehtiin lumekontrolliasetelmassa. Tutkimuksessa IV tarkasteltiin valon annosvastetta. Akuutin yöaikaisen valoaltistuksen ei havaittu muuttavan melatoniinin tai kortisolin eritystä. Molempien hormonien vuorokausieritysprofiilit olivat kontrolliasetelman kaltaiset. Jaksottaisen valoaltistuksen havaittiin lievittävän aikaerorasituksen kokonaisoireita ja vähentävän väsymystä, inertiaa ja hajamielisyyttä. Motorisen nopeuden havaittiin paranevan kolmen viikon valohoitojakson aikana. Lisäksi neljän viikon valohoitojakso lievitti kaamosmasennukseen liittyviä masennus- ja ahdistusoireita. Vaikutuksessa ei havaittu eroa eri valoannoksen saaneiden ryhmien välillä. Kallon läpi annettava kirkasvalo näyttäisi vaikuttavan ihmisen aivotoimintaan lievittämällä aikaerorasituksen ja kaamosmasennuksen oireita sekä parantamalla psykomotorista suorituskykyä. Vaikutus ei ole yhteydessä akuuttiin melatoniinin erityksen estämiseen. Tämän tutkimuksen tulokset tukevat ajatusta aivojen valovasteellisuudesta. Kallon kautta annettavan valon vaikutusmekanismia ei kuitenkaan tiedetä vielä.

Résumé : Chez le sportif, le franchissement de plusieurs fuseaux horaires avec décalage horaire s'accompagne d'une fatigue avec somnolence diurne, d'une diminution des performances cognitives, sportives et de la vigilance. Une sieste de courte durée pourrait être une solution adaptée pour prévenir les effets du jet lag. A notre connaissance, aucune étude n'a évalué les effets d'une sieste et/ou les effets combinés du décalage horaire et d'une sieste sur les performances des athlètes.C'est pourquoi, l'objectif de cette thèse est d'étudier chez des athlètes, les effets d'une avance de phase de 5 heures (simulant un voyage transméridien vers l'Est) et d'une sieste post-prandiale de 20 minutes sur les réponses à un exercice physique de courte durée et à des tâches psychomotrices ainsi que sur le sommeil subséquent. Seize sujets jeunes, sains, de sexe masculin et sportifs (âge : 22.2 ± 1.7 ans ; taille : 178.3 ± 5.6 cm, poids : 73,6 ± 7,9 kg ; VC>2 max : 55.5 ± 9,1 ml.min.kg"' ; siesteurs non habituels) ont participé à cette étude. Aucun ne présentait de pathologie du sommeil. Chaque sujet a passé en laboratoire une nuit d'habituation et 8 nuits expérimentales dont 4 en condition normale (23H-7H, 2 nuits pré-tests et 2 post-tests) et 4 en avance de phase de 5 h ( 18H-2H, 2 nuits pré et 2 post-tests) avec enregistrement EEG continu. Après un repas standardisé au laboratoire, les sujets ont été soumis, entre 13 et 14H (condition normale), et entre 08 et 09H (condition de décalage), soit à une sieste (20 min de sommeil), soit à une période de repos en décubitus sans sommeil. A l'issue, les sujets ont réalisé un test de performance attentionnelle, évaluant 6 champs de l'attention, un test de Handgrip et un test Wingate avec mesure de la lactatémie en fin d'exercice et lors de la récupération. Ces mêmes tests ont été reconduits 2 heures plus tard dans le même ordre. La température rectale a été enregistrée par holter tout au long de la période expérimentale.Les résultats montrent que le décalage horaire modifie l'architecture du sommeil de la nuit pré tests avec un déficit de sommeil d"lh20, se traduisant par une moindre efficacité de sommeil. En revanche, ce décalage améliore la qualité du sommeil de la nuit subséquente (post-tests) avec une augmentation de la quantité du N3 et du sommeil paradoxal. Une baisse significative de l'amplitude de la température interne témoigne d'un réajustement actif des sujets. L'architecture de la sieste (stades 2 et 3) est similaire qu'elle ait lieu après une nuit normale ou après décalage horaire avec toutefois une quantité de SP qui tend à augmenter après la nuit en avance de phase. Elle n'a pas d'effets sur la composition du sommeil qui suit (condition normale ou en décalage), en dehors d'une augmentation de la latence d'endormissement en condition de décalage... / Purpose T he aim of thé study vvas to examine thé effects of a post-prandial 20 min nap on a short-term physicalexercise and subséquent sleep in athlètes keeping their usual sleep schedules and in 5-h phase-advance condition.Methods Sixteen healthy young mâle athlètes (âge 22.2 ± 1.7 years. non-habitual nappers) participated in thé study.After a baseline 8-h time in bed in normal and 5-h advanced sleep schedules, a standardized moming and lunch in alaboratory enviromnent, subjects undervvent either a nap (20 min of sleep elapsed from 3 epochs of stage 1 or 1 epochof stage 2), or a rest without sleep by lying in a bed, between 13:00 and 14:00 hours in non-shifted condition or 08:00and 09:00 hours in shifted condition, after vvhich anaerobic exercises were perforrned tvvice 2 h apart. Core bodytempérature vvas recorded throughout thé study period.Resuhs The nap extended sleep onset latency from6.72 ± 3.83 to 11.84 ± 13.44 min, after shifted condition but did not modify sleep architecture of thé post-trial nightamong athlètes, vvhether shifted or not. Moreover, napping did not improve physical performance but it delayedacrophase and batyphase of core body température rhythm pararneters.Conclusion N apping showed no reliable benefit on short-term performances of athlètes exercising at local time or aftera simulated jet lag.

Résumé : Chez le sportif, le franchissement de plusieurs fuseaux horaires avec décalage horaire s'accompagne d'une fatigue avec somnolence diurne, d'une diminution des performances cognitives, sportives et de la vigilance. Une sieste de courte durée pourrait être une solution adaptée pour prévenir les effets du jet lag. A notre connaissance, aucune étude n'a évalué les effets d'une sieste et/ou les effets combinés du décalage horaire et d'une sieste sur les performances des athlètes.C'est pourquoi, l'objectif de cette thèse est d'étudier chez des athlètes, les effets d'une avance de phase de 5 heures (simulant un voyage transméridien vers l'Est) et d'une sieste post-prandiale de 20 minutes sur les réponses à un exercice physique de courte durée et à des tâches psychomotrices ainsi que sur le sommeil subséquent. Seize sujets jeunes, sains, de sexe masculin et sportifs (âge : 22.2 ± 1.7 ans ; taille : 178.3 ± 5.6 cm, poids : 73,6 ± 7,9 kg ; VC>2 max : 55.5 ± 9,1 ml.min.kg"' ; siesteurs non habituels) ont participé à cette étude. Aucun ne présentait de pathologie du sommeil. Chaque sujet a passé en laboratoire une nuit d'habituation et 8 nuits expérimentales dont 4 en condition normale (23H-7H, 2 nuits pré-tests et 2 post-tests) et 4 en avance de phase de 5 h ( 18H-2H, 2 nuits pré et 2 post-tests) avec enregistrement EEG continu. Après un repas standardisé au laboratoire, les sujets ont été soumis, entre 13 et 14H (condition normale), et entre 08 et 09H (condition de décalage), soit à une sieste (20 min de sommeil), soit à une période de repos en décubitus sans sommeil. A l'issue, les sujets ont réalisé un test de performance attentionnelle, évaluant 6 champs de l'attention, un test de Handgrip et un test Wingate avec mesure de la lactatémie en fin d'exercice et lors de la récupération. Ces mêmes tests ont été reconduits 2 heures plus tard dans le même ordre. La température rectale a été enregistrée par holter tout au long de la période expérimentale.Les résultats montrent que le décalage horaire modifie l'architecture du sommeil de la nuit pré tests avec un déficit de sommeil d"lh20, se traduisant par une moindre efficacité de sommeil. En revanche, ce décalage améliore la qualité du sommeil de la nuit subséquente (post-tests) avec une augmentation de la quantité du N3 et du sommeil paradoxal. Une baisse significative de l'amplitude de la température interne témoigne d'un réajustement actif des sujets. L'architecture de la sieste (stades 2 et 3) est similaire qu'elle ait lieu après une nuit normale ou après décalage horaire avec toutefois une quantité de SP qui tend à augmenter après la nuit en avance de phase. Elle n'a pas d'effets sur la composition du sommeil qui suit (condition normale ou en décalage), en dehors d'une augmentation de la latence d'endormissement en condition de décalage... / Purpose T he aim of thé study vvas to examine thé effects of a post-prandial 20 min nap on a short-term physicalexercise and subséquent sleep in athlètes keeping their usual sleep schedules and in 5-h phase-advance condition.Methods Sixteen healthy young mâle athlètes (âge 22.2 ± 1.7 years. non-habitual nappers) participated in thé study.After a baseline 8-h time in bed in normal and 5-h advanced sleep schedules, a standardized moming and lunch in alaboratory enviromnent, subjects undervvent either a nap (20 min of sleep elapsed from 3 epochs of stage 1 or 1 epochof stage 2), or a rest without sleep by lying in a bed, between 13:00 and 14:00 hours in non-shifted condition or 08:00and 09:00 hours in shifted condition, after vvhich anaerobic exercises were perforrned tvvice 2 h apart. Core bodytempérature vvas recorded throughout thé study period.Resuhs The nap extended sleep onset latency from6.72 ± 3.83 to 11.84 ± 13.44 min, after shifted condition but did not modify sleep architecture of thé post-trial nightamong athlètes, vvhether shifted or not. Moreover, napping did not improve physical performance but it delayedacrophase and batyphase of core body température rhythm pararneters.Conclusion N apping showed no reliable benefit on short-term performances of athlètes exercising at local time or aftera simulated jet lag.

Mit der Ausschreibung International Virtual Academic Collaboration (IVAC) verfolgt der Förderträger DAAD die Ziele, die Studienangebote an deutschen Hochschulen und deren ausländischen Kooperationshochschulen zu flexibilisieren und den Studierenden einen erweiterten Zugang zur internationalen Hochschulbildung zu ermöglichen. In dem geförderten Projekt Collaborative International, Intercultural & Interdisciplinary Learning (COIIIL) zwischen den Partnerinstitutionen Technische Universität Dresden, Stellenbosch University, Shiraz University und Bucknell University wurden diese Ziele adressiert.