Licht stellt nicht nur die biologische Uhr auf den 24-Stunden-Zyklus ein: Es übt auch direkte, vom zirkadianen System unabhängige Effekte auf Schlaf, Wachheit und Verhalten aus. Das klassische Modell der Schlafregulation beruhte auf zwei interagierenden Prozessen, von denen der eine durch die zirkadiane Uhr gesteuert wird, während der andere homöostatischer Natur ist, das heißt mit der Anhäufung eines Schlafdrucks im Verlauf des Wachseins zusammenhängt. Jüngere bei Nagetieren gewonnene Daten führten zu der Annahme eines dritten Prozesses, nämlich des direkten photischen Einflusses. Diese Arbeiten zielen darauf ab, diese direkten Effekte von Licht und Dunkelheit in Abhängigkeit vom zirkadianen Zeitpunkt präzise zu charakterisieren und zu bestimmen, ob sie von der Dauer der Expositionen abhängen.
Zu diesem Zweck wurden Mäuse über 24 Stunden ultradianen Licht-Dunkel-Zyklen ausgesetzt, das heißt einem raschen Wechsel von beleuchteten und dunklen Phasen. Zwei Protokolle wurden verglichen: ein T2-Zyklus mit dem Wechsel von 1 Stunde Licht und 1 Stunde Dunkelheit sowie ein T7-Zyklus mit dem Wechsel von jeweils 3,5 Stunden. Die kortikale (ECoG) und muskuläre (EMG) Aktivität wurde aufgezeichnet, um die Vigilanzzustände — Wachheit, Non-REM-Schlaf (NREM) und REM-Schlaf (REM) — zu klassifizieren und die Schlafqualität anhand der Spektralleistung der Delta-, Theta- und Gamma-Bänder zu analysieren. Die Werte wurden systematisch mit einer Referenzbedingung im normalen Zyklus von 12 Stunden/12 Stunden (T24) verglichen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Lichtexposition den Non-REM-Schlaf deutlich begünstigt, mit einem geringeren Effekt auf den REM-Schlaf, die Menge und Qualität der Wachheit verringert und die Schlaftiefe verändert. Diese Effekte werden stark durch den zirkadianen Zeitpunkt moduliert: Sie treten vor allem während der subjektiven Nacht der Tiere auf, insbesondere zu Beginn der Nacht (zwischen CT12 und CT18 unter dem T2-Zyklus). Die Dauer der Impulse erweist sich als entscheidend für die Kinetik dieser Modulationen. Unter einstündigen Impulsen bleiben die Effekte während der gesamten Exposition bestehen, da die Zeit zu kurz ist, als dass sich ein homöostatischer Druck aufbauen könnte. Unter 3,5-stündigen Impulsen hingegen schwächen sich die Lichteffekte nach einer Stunde allmählich ab, und die durch die Dunkelheit ausgelösten Veränderungen kehren sich in der zweiten Hälfte der Phase sogar um, ein Zeichen dafür, dass der homöostatische Prozess dann die Oberhand über den direkten Einfluss des Lichts gewinnt.
Die Autoren betonen, dass eine dem zirkadianen Zeitpunkt unangepasste Lichtexposition — Licht während der subjektiven Nacht oder Dunkelheit während des Tages — die Verteilung von Wachheit und Schlaf, die Vigilanz und die Schlaftiefe beeinträchtigt, und dies selbst in Abwesenheit von Schlafentzug. Sie weisen darauf hin, dass diese Daten unmittelbare Anwendungen beim Menschen haben, insbesondere zur Anpassung der Beleuchtung von Schichtarbeitern und, allgemeiner, zur Optimierung der gesellschaftlichen Beleuchtung.