Max-Planck-Forschungsgruppenleiter Manuel Spitschan am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik wird von der Applied Vision Association (AVA) mit der David-Marr-Medaille für seine bahnbrechenden Erkenntnisse gewürdigt, wie Licht die menschliche Physiologie beeinflusst. Die AVA lobt damit im besonderen Maß seine Arbeiten über Melanopsin- und Zapfen-vermittelte Mechanismen in der Netzhaut, die zur menschlichen visuellen Wahrnehmung, dem Pupillen-Lichtreflex, der Melatoninunterdrückung und der zirkadianen Phasenverschiebung beitragen. Die Medaille wird während des AVA-Weihnachtstreffens überreicht, das im Dezember 2023 an der Royal Holloway, University of London, begangen wird.

Manuel Spitschans Forschung konzentriert sich auf die Auswirkungen von Licht auf die menschliche Physiologie und das Verhalten, insbesondere auf das Zusammenspiel mit der biologischen Uhr, dem zirkadianen Rhythmus und dem Schlaf. Spitschan liefert neue Erkenntnisse über die grundlegenden Eigenschaften von Melanopsin, einem lichtempfindlichen Photorezeptor, der erst vor einiger Zeit von Forschenden in der menschlichen Netzhaut entdeckt wurde. Melanopsin trägt zu allgemeinen visuellen Funktionen bei, zum Beispiel zur Einschätzung von Helligkeit, und zu nicht-visuellen Aufgaben wie dem zirkadianen Rhythmus.

Blaues Licht verschiebt unsere innere Uhr

Die Stäbchen und Zapfen, die beiden wichtigsten Photorezeptortypen in unseren Augen, helfen uns, Farben und Schattierungen zu sehen. Vor einiger Zeit haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Funktion eines Photorezeptors (intrinsically photosensitive retinal ganglion cell, ipRGC) im menschlichen Auge identifiziert, der dem Gehirn die Tageszeit signalisiert.

Wenn blaues Licht auf das Auge trifft, beginnen diese Rezeptoren aufgrund des lichtempfindlichen Moleküls Melanopsin schnell zu feuern. Je mehr Photonen diese Photorezeptoren einfangen und je vehementer ihr erzeugtes Signal ist, desto stärker wird die Melatoninproduktion unterdrückt.

„Eines der Markenzeichen unserer inneren Uhr ist die Produktion des Hormons Melatonin am Abend. Melatonin wird mit unserer allgemeinen Schläfrigkeit in Verbindung gebracht", sagt Manuel Spitschan, der im Rahmen des MaxPlanck@TUM-Programms auch eine Rudolf-Mößbauer-Professur an der Technischen Universität München innehat. "Wenn Menschen nachts oder abends Licht ausgesetzt sind, wird die Produktion von Melatonin unterdrückt. Diese Beeinflussung unserer inneren Uhr kann sich auf unsere Körperfunktionen auswirken, zum Beispiel auf den Stoffwechsel und die Immunfunktionen."

In seiner Arbeit kombiniert Spitschan eine Vielzahl modernster Forschungsmethoden, darunter funktionelles Neuroimaging (fMRI), Pupillometrie, Psychophysik sowie neuroendokrine und zirkadiane Untersuchungen. Zwei bemerkenswerte Entdeckungen haben die Rolle von Zapfen auf der Netzhaut aufgeklärt, die auf kurzwelliges Licht reagieren und die bei der Kontrolle der Pupillengröße und bei der Melatoninunterdrückung beteiligt sind.

Grundlagenforschung mit Blick auf die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden

Mit seinen grundlegenden Erkenntnissen wendet sich Spitschan nun der Frage zu, wie die Grundlagenforschung zur Optimierung der menschlichen Lichtexposition für Gesundheit und Wohlbefinden genutzt werden kann. Letztes Jahr trug er zu einem wissenschaftlichen Konsens bei, in dem zum ersten Mal Empfehlungen für die Lichtmenge ausgesprochen wurden, die Menschen tagsüber und nachts idealerweise erhalten sollten.

Die Ergebnisse von Spitschans Forschungsprogramm sind nicht nur für die Neurowissenschaften interessant, sondern auch für die architektonische Lichtplanung. So arbeitet der Wissenschaftler mit Architektinnen und Architekten sowie Beleuchtungsspezialistinnen und -spezialisten zusammen, um bessere Lösungen für die passende Beleuchtung zur richtigen Zeit zu finden.

Die David-Marr-Medaille der AVA wird im Rahmen einer offiziellen Zeremonie während des jährlichen AVA-Weihnachtstreffens am Royal Holloway, University of London, im Dezember dieses Jahres verliehen.