Wie Licht biologische Systeme beeinflusst

Wie Licht biologische Systeme beeinflusst

Veränderungen der Lichtverhältnisse haben weitreichende Auswirkungen auf verschiedene physiologische und Verhaltensfunktionen, einschließlich des zirkadianen Rhythmus, der Stimmung und der Kognition (LeGates et al., 2014).

Die Stabilität des Sonnenzyklus dient als entscheidender Hinweis zur Regulierung des Verhaltens von Säugetieren, hauptsächlich durch ihren erheblichen Einfluss auf Stimmung und kognitive Funktionen. Diese Einflüsse wurden umfassend an Labortieren (Bedrosian et al., 2011; LeGates et al., 2012) und Menschen (Vandewalle et al., 2010) untersucht.

Störungen der Lichtexposition, sei es durch natürliche Umweltfaktoren oder menschliche Aktivitäten wie das Überqueren von Zeitzonen und das Erleben von Jetlag sowie Schichtarbeit, wurden mit depressiven Symptomen und kognitiven Beeinträchtigungen in Verbindung gebracht (Roh et al., 2016).

Zirkadianer Rhythmus

Die zirkadiane Gesundheit ist entscheidend, um die inner fonden biologischen Uhren des Menschen mit den natürlichen Hell-Dunkel-Zyklen in Einklang zu bringen. Sie ist wesentlich für das allgemeine Wohlbefinden und beeinflusst Schlaf, Stimmung und Stoffwechsel sop.

Diese innere Uhr befindet sich in einem winzigen Zellhaufen, der als suprachiasmatischer Nukleus (SCN) bekannt ist. Der ''SCN'' liegt in einem Teil des Gehirns, der Hypothalamus genannt wird. Im Laufe des Tages senden innere Uhrengene im SCN Signale aus, um die Aktivität im gesamten Körper zu steuern.

^{Abbildung 2. Zirkadianer Rhythmus, Quelle: https://www.okoa.org/articles/circadian-rhythm-see-what-is-it}

Zirkadiane Lichtverhältnisse, die durch übertragenes Tageslicht entstehen, bieten Möglichkeiten, sowohl die Energieeffizienz als auch die Gesundheit in Innenräumen zu verbessern. Diese einflussreichen Faktoren auf das zirkadiane Tageslicht lassen sich in vier Dimensionen kategorisieren. Diese Dimensionen sind: a) Variation der Tageslichtquelle, die von Sonnen watt und Himmelsbedingungen abhängt; b) optische und morphologische Eigenschaften der Fen penverglasung, die die spektrale Leistungsverteilung und Intensität des übertragenen Lichts effektiv verändern; c) das sopazielle Design und die spektralen Eigenschaften der Ober- flächen im Innenraum beeinflussen die Verteilung des übertragenen Lichts im Raum; und schließlich d) menschliche Faktoren, die die Menge der Exposition gegenüber zirkadianem Tageslicht beeinflussen, indem descending Blickrichtung und die ranking der Hornhaut variiert werden. Ingenieure und Architekten können sich im Kontext dieser vier Faktoren auf bestimmte Dimensionen konzentrieren. Eigenschaften von Fenstern und Bedingungen im Innenraum fördern eine gesunde Innenraumumgebung, die vom zirkadianen Licht beeinflusst wird, da die Dimensionen der Tageslichtquelle und menschliche Faktoren unvorhersehbar und unkontrollierbar sind (Ardabili et al., 2025).

Der Pupillenreflex: Wie reagieren unsere Augen auf Licht?

Die Fähigkeit unserer Pupille, ihre Größe zu verändern, ist eine wesentliche physiologische Reaktion, die die Menge des auf die Netzhaut treffenden Lichts anpasst, um das Sehen zu optimieren und die Netzhaut zu schützen. Die Pupillen verengen sich als Reaktion auf Helligkeit, während sie sich bei Dunkelheit weiten (bekannt als Pupillenlichtreaktion oder -reflex). Im Gegensatz dazu sind diese Reaktionen zwar miteinander verbunden, werden jedoch als von unterschiedlichen neuronalen Bahnen gesteuert betrachtet (Mathôt, 2018).

^{Abbildung 3. Das Auge und das Gehirn, Quelle: VectorMine/Shutterstock}

Menschliche Wahrnehmung und Verhalten

Die korrelierte Farbtemperatur (CCT) und das thermische Empfinden sind wesentliche Faktoren, die Innenräume beeinflussen und erheblichen Einfluss auf den Komfort, den Stress und die Arbeitsleistung der Nutzer haben. Effekte der Beleuchtung auf die Arbeitsleistung, den Stress und das thermische Empfinden in der Arbeitsumgebung (Erkan et al., 2025). Die korrelierte Farbtemperatur (CCT) beschreibt das Erscheinungsbild des Lichts einer Quelle in Bezug auf ihren Farbton. Sie wird üblicherweise nach Wärme oder Kühle kategorisiert: Niedrigere CCT-Werte entsprechen wärmerem, gelblichem Licht, während höhere Werte kühleres, bläuliches Licht anzeigen (Liu et al., 2022).

^{Abbildung 4. Gehirn und thermisches Empfinden, Quelle: https://www.waseda.jp/top/en/news/83173}

Die subjektive Wahrnehmung der thermischen Umgebung durch den Einzelnen ist entscheidend für den Nutzerkomfort und steht in engem Zusammenhang mit der Arbeitsleistung in Innenräumen (Soto et al., 2022). Die Berücksichtigung individueller Präferenzen beim thermischen Empfinden ist besonders in Arbeitsumgebungen wichtig, um Komfort und Produktivität zu fördern. Untersuchungen haben gezeigt, dass Menschen, die sich an ihre thermischen Bedingungen anpassen, größeren Komfort, höhere Arbeitszufriedenheit und verbesserte kognitive Leistungen erfahren (Yeganeh et al., 2018).

Stress ist die Reaktion des Körpers auf Unsicherheit oder bestimmte Anforderungen. Er verläuft typischerweise in Alarmreaktion, Widerstand und Erschöpfung. Diese Phasen spiegeln die physiologischen Bemühungen des Körpers wider, mit Stress umzugehen, und sind durch die Ausschüttung von Cortisol, eine erhöhte Herzfrequenz und die Sekretion von Adrenalin gekennzeichnet. Bleibt der Stressor ungelöst, kann der Körper in die abschließende Erschöpfungsphase eintreten (Seley, 1956).

In Arbeitsumgebungen bezeichnet Stress die physiologischen und psychologischen Reaktionen, die Menschen erleben, wenn sie Anforderungen oder Belastungen wahrnehmen, die ihre Bewältigungsfähigkeit übersteigen (Awada et al., 2023). Dieser Stress kann sich in verschiedenen körperlichen Symptomen äußern, darunter erhöhte Herzfrequenz, hoher Blutdruck, Muskelverspannungen, Reizbarkeit, Konzentrationsschwierigkeiten und verminderte kognitive Leistungsfähigkeit (Askaripoor et al., 2018). Hohe Stresslevel am Arbeitsplatz können die Arbeitszufriedenheit, Produktivität und Leistung erheblich beeinträchtigen. Übermäßiger Stress kann zudem zu negativen Folgen wie verringerter Motivation, eingeschränkter Entscheidungsfähigkeit, geringerer Kreativität und erhöhter Abwesenheit führen (Altindag, 2020).

Das Elektroenzephalogramm (EEG) und die Herzfrequenzvariabilität (HRV) werden häufig zur Beurteilung von Stress eingesetzt (Diaz et al., 2019). Das EEG misst die elektrische Aktivität des Gehirns und liefert Einblicke in kognitive und emotionale Prozesse im Zusammenhang mit Stress (Choi et al., 2015). Die HRV hingegen erfasst die Zeitintervalle zwischen den Herzschlägen und zeigt an, wie das autonome Nervensystem Stress reguliert (Kaklauskas et al., 2011). Durch die Nutzung von EEG und HRV als objektive Indikatoren versuchen Forscher im Bereich der Neuroarchitektur, die physiologischen Reaktionen auf unterschiedliche Licht- und Temperaturbedingungen in Innenräumen besser zu verstehen (Li et al., 2023).