La lumière ne se contente pas de caler l'horloge biologique sur le cycle de 24 heures : elle exerce aussi des effets directs, indépendants du système circadien, sur le sommeil, l'éveil et le comportement. Le modèle classique de régulation du sommeil reposait sur deux processus en interaction, l'un piloté par l'horloge circadienne, l'autre de nature homéostatique, c'est-à-dire lié à l'accumulation d'une pression de sommeil au fil de la veille. Les données récentes obtenues chez les rongeurs ont conduit à proposer un troisième processus, celui de l'influence photique directe. Ces travaux visent à caractériser précisément ces effets directs de la lumière et de l'obscurité, en fonction du moment circadien, et à déterminer s'ils dépendent de la durée des expositions.
Pour cela, des souris ont été soumises pendant 24 heures à des cycles lumière-obscurité ultradiens, c'est-à-dire à une alternance rapide de phases éclairées et sombres. Deux protocoles ont été comparés : un cycle T2 alternant 1 heure de lumière et 1 heure d'obscurité, et un cycle T7 alternant 3,5 heures de chacune. L'activité corticale (ECoG) et musculaire (EMG) a été enregistrée afin de classer les états de vigilance — éveil, sommeil lent (NREM) et sommeil paradoxal (REM) — et d'analyser la qualité du sommeil via les puissances spectrales des bandes delta, thêta et gamma. Les valeurs ont été systématiquement comparées à une condition de référence en cycle normal de 12 heures/12 heures (T24).
Les résultats montrent que l'exposition à la lumière favorise nettement le sommeil lent, avec un effet moindre sur le sommeil paradoxal, réduit la quantité et la qualité de l'éveil, et modifie la profondeur du sommeil. Ces effets sont fortement modulés par le moment circadien : ils apparaissent surtout durant la nuit subjective des animaux, en particulier en début de nuit (entre CT12 et CT18 sous le cycle T2). La durée des impulsions s'avère déterminante pour la cinétique de ces modulations. Sous des impulsions d'une heure, les effets se maintiennent tout au long de l'exposition, le temps étant trop court pour qu'une pression homéostatique s'installe. En revanche, sous des impulsions de 3,5 heures, les effets de la lumière s'atténuent progressivement après une heure et les modifications induites par l'obscurité s'inversent même en seconde moitié de phase, signe que le processus homéostatique prend alors le dessus sur l'influence directe de la lumière.
Les auteurs soulignent qu'une exposition lumineuse inadaptée au moment circadien — lumière durant la nuit subjective ou obscurité durant le jour — altère la répartition de la veille et du sommeil, la vigilance et la profondeur du sommeil, et ce même en l'absence de privation de sommeil. Ils relèvent que ces données ont des applications immédiates chez l'humain, notamment pour adapter l'éclairage des travailleurs postés et, plus largement, optimiser l'éclairage sociétal.