原创 胡峥芳、木伊曼 细胞世界

光是首屈一指的画师，其笔墨所到之处，万物便焕发生机、多姿多彩。

光更是信息的重要载体和传播媒质。我们之所以能够看到大千世界中斑驳陆离、瞬息万变的景象，正是因为眼睛能够接收物体发射、反射或散射的光。

光还深刻影响着人类的心智——试想，阴雨连绵后迎来阳光明媚的晴天，你的心情是否也会由阴转晴？从阴霾到灿烂的转变似乎只在一瞬间，但它背后的神经机制却很不简单。

01 光的非成像功能

除了用于成像（image-forming）外，光还可以调节包括生物节律、睡眠、瞳孔光反射、认知等非成像功能（non-image forming function）。

我们对光的感知离不开光信息传导系统。传统观点认为，外界光信息首先要被视网膜内感光细胞（视杆细胞和视锥细胞）接收，继而经由双极细胞（bipolar cell）传递至神经节细胞（RGC），然后节细胞将光信息以动作电位的形式传递至大脑 。过去很长一段时间里，人们认为视网膜中只有感光细胞可以直接感光。2002年，《科学》杂志上的一项研究发现在大鼠视网膜内存有一类特殊类型的节细胞，它们的胞膜上可以表达一种被称之为黑视素（melanopsin）的感光蛋白，使它们可以在缺失视杆和视锥细胞的情况下对外界光刺激做出反应——人们将其称为自身感光神经节细胞。后续研究发现，自身感光神经节细胞在包括人类在内的多个物种中都存在，可以调节生物节律、瞳孔对光反射、情绪等非成像功能。自身感光神经节细胞的发现开辟了一个新的研究领域，即光的非成像功能的神经机制。

02 光的正性情绪调节作用

考试前夕，你是否感到焦虑、力不从心？

遭受打击，你是否情绪低落、思维迟缓？

在生活中，难免会产生负面情绪。如果不积极正视，日积月累心理健康便会受到损害，严重者还可能会导致疾病的发生，比如抑郁症。

抑郁症以行为绝望、快感缺乏等为典型症状，严重困扰患者的生活和工作。研究发现外界光照条件的改变可对抑郁情绪产生影响。比如在北欧等高纬度地区，每年冬天会有长期的极夜现象，不少居民会患上一种叫做季节性抑郁（SAD）的疾病：每年冬天出现抑郁症状，春夏好转。研究发现季节性抑郁的发生与光照时间减少直接相关，而在白天对季节性抑郁患者进行强光照射（光疗）可改善其抑郁症状。

在光疗抗抑郁作用产生机制方面，“节律相移理论”一直占主导地位。该理论认为季节性抑郁的发生与光照减少导致的生物节律紊乱有关，而光疗可起到纠正生物节律紊乱的作用。但是，用于治疗季节性抑郁的光疗所需的平均光强（>5000勒克斯）远远高于改变生物节律所需的光强（~120勒克斯）。且季节性抑郁患者经过光疗后，他们抑郁情绪的缓解与昼夜节律的改变并不完全相关。后续研究发现，光疗不但能缓解季节性抑郁患者的症状，也对包括重度抑郁、产后抑郁、双向障碍抑郁期等多种类型抑郁有着不同程度的改善作用。这些都提示“节律相移理论”并非光疗产生抗抑郁作用的唯一机制。进一步的研究发现，光疗可能通过体内5-羟色胺和儿茶酚胺等单胺能系统功能，产生抗抑郁作用。

对神经环路的研究发现，位于上丘脑的外侧缰核（LHb）是一个反奖赏中枢，其活动变化可对脑内单胺能系统的功能产生调节，进而影响抑郁样行为。小鼠脑内存在一条“视网膜—外膝体—外侧缰核”神经通路，而光疗则可以经由该通路来减少外侧缰核内异常电活动，进而发挥抗抑郁作用。这一发现为光疗抗抑郁作用产生的神经机制提供了新的理论依据。需要指出的是，虽然外膝体和外侧缰核在人类中高度保守，但该通路在光疗改善抑郁患者症状中的作用还有待确定。

外侧缰核相关光信息传导通路可介导光疗的抗抑郁作用

03 光对情绪的负性调节作用

上文提到日间光疗可产生抗抑郁作用，而在特定情况下光暴露也可诱发负性情绪，比如夜间暴光（如长期夜间玩手机、看电视）会诱发抑郁情绪。

近期的研究发现光的非成像功能诱发负性情绪的神经机制：小鼠脑内存有一条“视网膜—外侧缰核边缘区—伏隔核”光信息传导通路。由于伏隔核与抑郁调节密切相关，这提示该通路可能在光调节抑郁中发挥了重要作用。科学家进一步发现阻断“视网膜—外侧缰核边缘区—伏隔核”通路的功能后，长期夜间光暴露不再能够诱发小鼠产生抑郁样症状，说明该通路介导了光对抑郁的负性调节作用。既然白天充足的光线应该同样可以激活该通路进而诱发抑郁，为何白天暴光（如光疗）反而可产生抗抑郁作用呢？对外侧缰核边缘区细胞在白天和夜间活性进行的研究发现：外侧缰核边缘区细胞在夜间相比白天兴奋性更高，更趋向于传导夜间光信息。这说明该类外侧缰核边缘区细胞可作为受昼夜节律控制的阀门，特异性介导了夜间光信息对负性情绪的调节，而白天光暴露则可通过上述神经环路的介导来缓解抑郁。

04 光对记忆的调节

环境光照亮度不足或暴光节律紊乱可严重影响认知功能，导致学习记忆能力下降。而在明亮光照条件下，人的工作效率明显提高，且光疗能够改善早期痴呆症患者的认知能力。光，是如何影响认知功能的呢？

神经环路研究发现了位于丘脑的连结核（Re）可与包括海马（HPC）在内的边缘系统互连，在记忆调节中发挥重要作用。光暴露可激活该核团，但长期以来人们一直不清楚光是通过何种途径对连结核功能产生调节的。近期的研究发现脑内存有一条“视网膜—外膝体—连结核”通路，而光疗可通过激活该通路来增加连结核内细胞的活性、增强海马功能，最终提升空间记忆能力。上述工作为光对记忆的调节作用提供了理论依据，但目前还不清楚该通路是否在人类中同样存在，光对HPC功能产生调节的具体神经机制也有待确认。

Re相关光信息传导通路可介导光疗的空间记忆提升作用

除光疗外，其他模式的光照同样可对认知功能产生影响。比如有研究发现不规则光暴露可损害小鼠的学习与记忆能力，并伴有海马内细胞可塑性降低，且不规则光暴露对学习记忆能力的损害作用有赖于自身感光神经节细胞的介导。此外，延长光照时间（每天光照时间由12小时延长至20小时）同样可增强小鼠的空间记忆，并伴有海马内记忆相关蛋白水平的变化。

科学家还发现光可以对睡眠、注意、疼痛等非成像功能产生影响。目前对光非成像功能的研究才刚刚起步，其形成机制仍有待解析。我们期待着进一步去了解光、利用光，迎来更加光明的未来。

作者简介：胡峥芳、木伊曼 暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院，博士研究生

指导老师：任超然，暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院研究员，博士生导师，国家优秀青年基金获得者，中国细胞学会-神经细胞分会委员。研究重点为揭示光调节情绪、认知、睡眠等非成像功能的神经机制

特别鸣谢：中国细胞生物学学会神经细胞生物学分会进行科普审稿

原标题：《【科学普及】“我的情绪、认知、记忆，都和光有关？” ——谈谈光的非成像功能》