University of Groningen Grasping light Lok, Renske

University of Groningen

Grasping light

Lok, Renske

DOI:

10.33612/diss.173352710

IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from

it. Please check the document version below.

Document Version

Publisher's PDF, also known as Version of record

Publication date:

2021

Link to publication in University of Groningen/UMCG research database

Citation for published version (APA):

Lok, R. (2021). Grasping light: Mental and physiological responses to illumination. University of Groningen.

https://doi.org/10.33612/diss.173352710

Copyright

Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).

Take-down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.

Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.

Nederlandse samenvatting.

In de huidige 24-uurs maatschappij is het van belang om op elk tijdstip van de dag optimaal te presteren. Meerdere studies hebben aangetoond dat (kunst) lichtblootstelling in de avond alertheid en cognitie kan verbeteren 4,84,91,95,226,434_.

Echter, mensen zijn overdag actief, wat betekent dat de piek in activiteit, alertheid en cognitief functioneren overdag plaatsvindt. Het is daarom van belang om vast te stellen of licht overdag ook alertheid kan bevorderen. In meerder studies zijn effecten van (wit) licht op alertheid overdag onderzocht, maar de resultaten zijn niet in overeenstemming met elkaar, aangezien er negatieve, positieve, gemixte of geen effecten van licht op verschillende maten van alertheid worden gerapporteerd (Hoofdstuk 2). Een experiment, waarin alertheids-inducerende effecten van verschillende intensiteiten licht op meerdere tijdstippen van de dag werd getest, bestond nog niet. In Hoofdstuk 3 werd daarom onderzocht of licht overdag alertheid kan beïnvloeden. Daarnaast werd getest of dit afhankelijk is van de lichtintensiteit, zoals is vastgesteld tijdens de nacht 78_{. Echter, het experiment}

beschreven in hoofdstuk 3 liet geen effecten van licht op alertheid zien overdag. De relatie tussen licht en alertheid overdag is dus significant anders dan ’s nachts. Er zijn veel verschillen tussen nacht en dag, welke het verschil in lichteffecten op alertheid vastgesteld tussen dag en nacht zouden kunnen verklaren. Mogelijke factoren zijn (1) verschillen in alertheidsniveau (met een lagere alertheid tijdens de nacht) en (2) geen productie van het endogene hormoon melatonine, wat een slaap signaal is voor het lichaam. De effecten van deze factoren op lichteffecten op alertheid werden in Hoofdstuk 4 onderzocht. Dit werd gedaan door proefpersonen melatonine pillen te geven op een tijdstip van de dag waarop er normaal gesproken geen melatonine productie plaatsvindt. De resultaten lieten zien dat de proefpersonen die melatonine hadden gekregen inderdaad significant lagere alertheid rapporteerden in vergelijking met wanneer zij een placebo pil hadden gekregen. Dit suggereert dat melatonine alertheid verlaagt. Daarnaast zorgde de inname van melatonine voor een afname in lichaamstemperatuur, gemeten onder de tong en op de huid. Alhoewel alertheidsscores significant verslechterd waren na melatonine inname, kon fel licht blootstelling alertheid alsnog niet verbeteren. Het lijkt dus niet waarschijnlijk dat hoge alertheid overdag ervoor zorgt dat licht geen alertheid kan induceren. Er werd, onverwachts, wel vastgesteld dat fel licht de thermoregulatie effecten van melatonine teniet deed. Dit suggereert dat er ook directe effecten van licht op thermoregulatie zouden kunnen zijn.

Er zijn meer factoren die bij kunnen dragen aan verschillen in lichteffecten op alertheid overdag en ’s nachts. Om dit verder te onderzoeken, werd een Forced Desynchrony (FD) experiment uitgevoerd. Het principe van een FD experiment is dat endogene circadiane oscillaties (ritmes van ongeveer 24 uur) gescheiden kunnen worden van effecten van de tijd die een mens wakker is, door een

A

uur). Ten gevolge hiervan, kunnen effecten die te maken hebben met de tijd dat je al wakker bent en circadiane effecten mathematisch van elkaar worden gescheiden. Zo’n FD experiment is nog nooit eerder uitgevoerd onder zowel hoge als lage licht intensiteiten. De resultaten lieten zien dat er duidelijke verschillen zijn tussen effecten van licht vastgesteld in objectieve of subjectieve maten die alertheid weerspiegelen. Lichteffecten op subjectieve alertheid hangen af van zowel de duur dat iemand wakker is als hoe laat het is volgens hun interne klok. Objectieve maten daarentegen waren altijd beter onder fel licht, onafhankelijk van hoe lang de proefpersoon wakker was of wat de interne kloktijd was. Dit geeft aan dat (1) licht op een andere manier subjectief en objectief vastgestelde alertheid beïnvloedt, (2) dat subjectieve en objectieve parameters van alertheid mogelijk andere aspecten van alertheid weergeven.

Aangezien in Hoofdstuk 4 effecten van licht op lichaamstemperatuur werden vastgesteld, werden lichteffecten op temperatuur ook bestudeerd tijdens het FD experiment. In Hoofdstuk 6 werd beschreven dat licht significant het ritme in kerntemperatuur verandert, waarin de amplitude wordt verkleind onder fel licht. Vergelijkbare effecten werden vastgesteld in huidtemperatuur, gemeten op plaatsen die kerntemperatuur weerspiegelen, terwijl huidtemperatuur gemeten op plekken waar warmte afgegeven wordt aan de omgeving, het tegenoverstelde patroon vertoonde. Lichteffecten op thermoregulatie waren onafhankelijk van melatonine productie onderdrukkende eigenschappen van licht. Aangezien deze effecten relatief snel zijn, is het mogelijk dat deze effecten onafhankelijk van de interne klok plaatsvinden.

Naar aanleiding van andere studies, waarin slaap kwaliteit verbeterende effecten van licht werden gerapporteerd 199,376,382_{, werden lichteffecten op slaap ook}

bestudeerd in het FD experiment (Hoofdstuk 7). Resultaten lieten zien dat fel lichtblootstelling de slaap architectuur significant verandert, met een toename in de hoeveelheid en de intensiteit van diepe slaap. Deze effecten werden voornamelijk gemeten als er geslapen werd op momenten dat de interne klok wakker zijn stimuleert. Subjectief beoordeelde slaap kwaliteit vertoonde een vergelijkbaar patroon. Tijdens een 3 uur extra slaap-kans die de proefpersonen kregen aan het einde van het experiment, bleek licht echter ook op dat moment de intensiteit en duur van diepe slaap te verlengen, tegen koste van de hoeveelheid wakker zijn tijdens slaap. Dit suggereert dat lichteffecten op slaap ook plaatsvinden als de interne klok slaap promoot, maar dan alleen als er voldoende tijd is om te slapen. Naast alle effecten van tijd van de dag op mentale prestatie, werden in Hoofdstuk 8 effecten van tijd van de dag op fysieke prestaties onderzocht. Performance werd vastgesteld aan de hand van zwemtijden gepresteerd tijdens de Olympische Spelen van Athene, Beijing, London en Rio de Janeiro. De data liet zien dat zwemprestatie

sterk afhangt van het tijdstip van de dag, waarin (professionele) atleten significant slechter presteren in de vroege ochtend in verhouding met andere tijdstippen van de dag. Het beste werd gepresteerd in de late middag. Er kan geconcludeerd worden dat het tijdstip van de dag waarop fysieke prestatie geleverd moeten worden verstrekkende gevolgen kan hebben. Hier zou daarom rekening mee gehouden moeten worden wanneer een race gepland wordt, in tegenstelling tot het tijdstip waarop de beste kijkcijfers gegenereerd worden.

A

Advies.

• Extra licht blootstelling heeft weinig effect op subjectief ondervonden alertheid overdag. Echter, als iemand een beetje te weinig geslapen heeft, kan fel licht wel degelijk (subjectieve) alertheid induceren.

• Als iemand veel te weinig heeft geslapen, kan licht geen alertheid meer induceren. Alternatieve manieren om de slaapdruk te verlagen moeten dan toegepast worden, zoals een dutje. Wanneer de slaapdruk niveaus afgenomen zijn, kan licht alsnog subjectieve alertheid induceren.

• Extra licht kan mentale prestaties aanzienlijk verbeteren. Alhoewel iemand zich niet alerter voelt, zal deze persoon wel degelijk beter presteren.

• Licht kan lichaamstemperatuur beïnvloeden. In slaap vallen is sterk geassocieerd met de natuurlijke afname in lichaamstemperatuur. Om inslapen te faciliteren, moeten zowel de natuurlijke melatonine productie als de afname in lichaamstemperatuur worden gestimuleerd. Lichtblootstelling in de avond (wat zorgt voor onderdrukking van melatonine productie en de afname in lichaamstemperatuur verhindert) moet worden vermeden of zoveel mogelijk geminimaliseerd.

• Het innemen van een melatonine pil kan subjectieve gevoelens van slaperigheid induceren. Daarnaast kan dit bijdragen aan de afname in lichaamstemperatuur. Op deze manieren zou melatonine sneller inslapen kunnen faciliteren. Echter, melatonine waardes kunnen extreem toenemen na inname van een melatonine pil. Melatonine pillen van 5 mg lijken erg zwaar, aangezien dit 500 keer hogere melatonine concentraties (gemeten in het speeksel) kan opleveren in vergelijking met natuurlijke productie. • Tijd van de dag beïnvloedt fysieke prestaties: er wordt beter gepresteerd in

de late middag in vergelijking met andere tijdstippen van de dag. Belangrijke wedstrijden (met kans op records) zouden gepland moeten worden rond deze optimale prestatie tijd. Als dit niet lukt, kan overwogen worden om de interne klok op zo´n manier te verschuiven dat de wedstrijd plaatsvindt gedurende de vroege avond voor de interne klok.

Curriculum vitae.

Renske Lok was born on the 14th _{of January 1991 in Beetsterzwaag, the}

Netherlands, where she also grew up. She graduated high school (VWO level) in 2009, at the Drachtster Lyceum in Drachten. Thereafter, she studied Biomedical sciences (bachelor and master) at the University of Groningen. Her first master research project consisted of finding a model for depression at the Neuroimaging center of the University Medical Center Groningen, under the supervision of Prof. ter Horst. Her second master research project focused on testing the efficacy of Deep Brain Stimulation as a novel treatment option for Binge Eating Disorder at the Neurobiology department of the University of Groningen, with prof. van Dijk. She obtained her master degree in September 2014. After she started her PhD trajectory in March 2015 at the Neurobiology unit of the University of Groningen, Chronobiology department, under supervision of prof. Domien Beersma and prof. Roelof Hut. The results of this graduate trajectory are described in this thesis. Currently, Renske is continuing her scientific career as a postdoctoral researcher at Stanford University, department of Psychiatry and Behavioral Sciences, in Palo Alto, California, USA.

A

Publications.

Lok R, Smolders KCHJ, Beersma DGM and de Kort YAW (2018) Light, alertness, and alerting effects

of white light: a literature overview. J Biol Rhythms 33(6):589–601

Lok R, Woelders T, Gordijn MCM, Hut RA and Beersma DGM (2018) White light during daytime does

not improve alertness in well-rested individuals. J Biol Rhythms 33(6): 637-648

Lok R, Koningsveld van M, Beersma DGM and Hut RA (2019) Daytime melatonin and light

independently affect human alertness and body temperature. J Pineal Res 67(1):e12583

Lok R, Woelders T, Koningsveld MJ van, Oberman K, Fuhler SG, Beersma DGM and Hut RA (2020)

Light effects on circadian and homeostatic regulation: alertness increases independent of time awake. BioRxiv

Lok R, Zerbini G, Gordijn MCM, Beersma DGM and Hut RA (2020) Gold, silver or bronze: circadian

variation strongly affects performance in Olympic athletes. Sci Rep 10(1):16088

Oterdoom DLM, Lok R, van Beek AP, den Dunnen WFA, Emous M, van Dijk JMC and van Dijk G

(2020) Deep Brain Stimulation in the Nucleus Accumbens for Binge Eating Disorder: a Study in Rats. Obes Surg 30(10):4145–4148

Lok R, and Zeitzer JM (2020) A temporal threshold for distinguishing off-wrist from inactivity

periods : A retrospective actigraphy analysis. Clocks & Sleep 2466–472

Lok R, and Zeitzer JM (2021) Physiological correlates of the Epworth sleepiness scale reveal

Appendices

Acknowledgements.

The end of my PhD. More than 5 years of hard work at unusual hours, filled with challenges, creativity, joy, happiness, frustration, and fun. I am ecstatic and proud to have accomplished this, and grateful to be the first ever of my family to obtain a PhD degree. The photos in this thesis represent the effect that light has had on my life outside of my PhD trajectory. When thesis writing was challenging, grasping light with my camera instead of my mind provided a necessary distraction. However, I wouldn't have been able to complete this graduate degree with just my camera. I would therefore like to thank all the special people who have been a part of my life during the past couple of years.

Domien, met jou ben ik mijn PhD traject gestart en jij bent de grondlegger van mijn

kennis over Chronobiologie. Met veel vriendelijkheid en geduld heb je mij ontelbaar veel Chronobiologische principes en (mathematische)methoden uitgelegd, zelfs als we dat een aantal keer overnieuw moesten doen. Waar Roelof’s denkwijzen soms te snel gingen voor mij, wist je altijd goed aan te voelen waar ik extra uitleg nodig had, en uiteindelijk is dat de basis geweest voor deze thesis. Alhoewel we ‘Nature’ niet hebben gehaald, hoop ik toch dat ik net zo herinneringswaardig voor jou ben als jij voor mij, want ik zal jouw mentorschap en alle overgedragen kennis nooit vergeten. Bedankt voor alles!

Roelof, de cowboy begeleider vol gekke ideeën. Ik herinner me nog goed dat je mij

op vrijdagmiddag om half 6 hebt gestrikt voor het fel licht FD. Dat is hoe onderzoek met jou als begeleider is – casually vragen om een enorme hoeveelheid tijd aan een wild idee te besteden wanneer je het niet verwacht. Uiteindelijk was dat het meer dan waard, met meerdere FD hoofdstukken in mijn thesis en (hopelijk) binnenkort vele publicaties. Meetings met jou waren een gezellige, ongestructureerde boel, met eeuwige (onterechte) kritiek op mijn grafieken, filosofische gesprekken over Chronobiologische principes, en de wetenschap in het algemeen. Buiten het lab om was het ook altijd feest, met kroegavonden, bowlingballen die niet op de baan belandden, en de beruchte Huttenstein castle barbecues. Dank voor alle inspiratie, wilde ideeën en dromen. Uiteindelijk heb jij me ervan overtuigd om mijn academische carrière te vervolgen, en daar ben ik je enorm dankbaar voor. Proost op een samenwerking in de toekomst, en opdat je nu eindelijk je 'Buddy Guy’s Legends Blues Club’ shirt ontvangt.

Marijke, wat hebben we veel projecten samen of zijdelings samen uitgevoerd. Je

hebt me alles geleerd over de METC, praktische dingen van mijn experimenten en multitasking. Een praatje van jou op een Nederlands congres was de inspiratie voor ons Olympische spelen artikel, stiekem is dat nog altijd één van mijn favoriete hoofdstukken. Bij deze wil ik je heel hartelijk bedanken voor alle hulp!

A

Lichtenbelt, and Robert Lucas, for taking the time to read and approve this thesis, and thanks to the PhD examining committee for accepting to take part of the PhD graduation ceremony. Mijn project was onderdeel van het

ENERGY4ALL project, deels gefinancierd door Philips Drachten. Bedankt voor

het vertrouwen om mij dit project te laten uitvoeren, en dank voor het leveren van alle lampen die we in onze projecten hebben gebruikt. Dank aan al mijn studenten (Merel, Nina, Vera, Minke, Klaske, Sebastiaan, Thomas, en alle bachelor studenten) zonder wie ik dit werk nooit had kunnen uitvoeren. Ook dank aan al mijn proefpersonen, variërend van vrienden van wie ik weer eens speeksel nodig had, tot proefpersonen die twee weken met mij in de Tijdvrijeruimte hebben doorgebracht. Bedankt allemaal!

Paranimfen Sjoerd & Laura, jullie waren de enigen die maandagochtend gezellig

konden maken, door het eerste uurtje te besteden aan het bekvechten over de gespeelde voetbalwedstrijden. Sjoerd, je hebt mij vele malen (en nog steeds zo nu en dan) geholpen met mijn R-problemen, je slimme codes gebruik ik nog altijd. Dank voor alle uitleg, tips en trucjes die je me hebt geleerd! De volgende keer help ik echt met het wakker houden van je ganzen. Laura, alhoewel onze projecten wetenschappelijk gezien niet meer van elkaar konden verschillen, hebben we het toch ook voor elkaar gekregen om samen een project uit te voeren (hopelijk wordt het snel publiceerbaar!). Daarnaast hebben we veel mooie dingen meegemaakt, variërend van een super toffe week in Lyon (met beide een hevige verkoudheid en elke ochtend een blikje cola), tot de karaoke bar om 5 uur ‘s nachts. Dank voor alle mooie avonturen!

Tom, dat je een groot aandeel in mijn thesis hebt gehad mag duidelijk zijn (aan

de hand van 4 co-auteurschappen), alhoewel dat nog niet weergeeft hoeveel invloed je op mijn wetenschappelijk denken hebt gehad. Je hebt me leren coderen, kritisch kijken naar data, en wetenschappelijk te schrijven. Dank voor je geduld als je me weer eens moest helpen om een R-script te ontcijferen (zelfs op vakantie in Mexico) of als we de FD data toch nog een keer opnieuw moesten analyseren. Dank voor alle wetenschap die je me hebt geleerd, en nog meer dank voor alle dronken stap avonden om dat allemaal weer te vergeten.

Peter, Robbert & Barbara, even though we never worked together, I very much

appreciate the always critical comments and questions during our lab meetings. I am convinced that your criticism has helped improve the quality of my research tremendously. Thank you!

Ybe, alhoewel het winterdepressie project de thesis niet heeft gehaald wil ik je

toch heel hartelijk bedanken voor alle hulp! Jouw droge humor maakte niet alleen de samenwerking uiterst prettig, maar zorgde ook voor veel plezier tijdens het SLTBR congres in Chicago.

Bonnie, met onuitputtelijke vriendelijkheid en geduld heb jij mij altijd geholpen

met melatonine en cortisol analyses. Je deinsde niet terug voor reeksen van meer dan 400 monsters, en deze waren altijd binnen no-time door ons geanalyseerd. Talloze prachtige standaard curves (en lage NSBs) later wil ik je bedanken voor alle hulp! Wanda, alhoewel ik je grapjes niet altijd even goed kon waarderen,

kon ik wel altijd op jou rekenen met mijn last-minute verzoeken. Als er een noodgeval was, wist ik je altijd te vinden en stond je altijd voor me klaar, zelfs toen we huidbiopten moesten kweken tijdens kerst. Je was altijd een (nood)rots in de branding, waarvoor enorm bedankt! Pleunie, ook jij stond altijd voor mij klaar

als ik administratieve zaken (last-minute) moest regelen. Hartelijk dank voor alle hulp! Bernd, altijd leuk om de lift met jou te delen. Discussies over voetbal en de

wâldpiekjes maakte de reis van de begane grond naar de 3e _{verdieping een dolle}

boel. Dank voor je humoristische toevoeging aan mijn jaren bij de RUG!

The old chrono gang: Giulia, Theresa and Meghan, you are the absolute best! I

feel so lucky to have benefitted from your friendship and guidance. Even in the final part of thesis writing, I have relied on your help and I can sincerely say that your experience helped me through it all. I am so happy that I have been able to experience your crazy defense parties, I’m so grateful that Meghan lives close by in San Francisco, and that Theresa visited in the first weeks of my move to the Bay area, before the world shut down. Thank you for your friendship, guidance, and wisdom! Giulia, not only a fantastic science buddy (we finally published

together!) but also a great travel friend. The Everglades, Miami, Bahama’s, Munich, and Trento, such amazing an unforgettable adventure. Risky Giulia, thank you for always being the laid back, wise friend! Caro amico, grazie mille per tutto! Sjaak, Moniek & Simone, could not have wished for better office buddies! Thank you

very much for all your helpful comments during Show and Tells, and the fun times!

The new chrono gang: Sjoerd, Laura, Lauren, Frank & Yifan, we have always

had lots of fun in the office. I’ll never forget biking to the Hutlab dinner in -5 degrees Celsius, nor will I forget the never-ending battle concerning Journal club organization. Thanks for all the useful comments during Show & Tell, and all the fun outside of the lab! The third lab office, Renate, Anouk, Maria, Iris, Remco,

a.k.a. the lunch crew. I hope the discussions are continuing and that Remco still uses his air fryer. Thanks for all the fun lunch breaks, some days that was exactly what I needed. Special thanks for organizing the first ever Masterette party, I sincerely hope that tradition is still going strong!

Elles, dank voor je hulp in het structureren van mijn professionele en persoonlijke

traject! Gijs, soms in mijn leven en dan weer niet, maar toch heb je mijn

professionele keuzes altijd toegejuicht. Dank voor alles wat we samen hebben meegemaakt. Tirza, een steun op zo veel vlakken, om te beginnen met je hulp bij

A

gevoerd over professionele en persoonlijke plannen. Dank voor je eeuwig wijze woorden!

Preston, thank you so much for all the balcony-conversations that prevented me

from stressing about being able to travel back to the Netherlands, and thank you for all your help with selecting photos for this thesis.

v.v. Amicitia VMC, mijn uitlaatklep. Na een pittige werkdag was er niks fijner dan

een balletje trappen. Dank voor alle mooie dinsdagen, donderdagen, vrijdagen en zaterdag, talloze wijnflessen, doelpunten, en bargesprekken. Herman, Jos en Harrie, een vriendelijke woord van één van jullie was voldoende om werk te vergeten, bedankt! Speciale dank aan mijn team, Amicitia Dames 1, met wie ik

tijdens mijn PhD enorm veel plezier (binnen en buiten het voetbalveld) heb gehad.

Lekker met de meiden: Marike, Michèle, Suzan, Liselotte, Ingrid, Lisa, Lotte, Pytsje, wijn en karaoke avonden (het liefst Toto & ABBA natuurlijk) maakten mijn

PhD avontuur zo ontzettend veel leuker. Dank voor jullie onvoorwaardelijke steun en een luisterend oor (zelfs nadat ik jullie trommelvliezen permanent beschadigd heb met mijn basstem), ik had het oprecht niet zonder jullie kunnen en willen doen!

Liesbeth, samen stoom afblazen over jouw AIOS-schap en mijn PhD traject met

vino & horror films, tenminste één keer per week. Dank voor het aanhoren van al mijn verhalen, ik hoop dat ik net zo veel steun voor jou was als jij voor mij! Francien,

doordat we bijna tegelijkertijd ons PhD traject doorliepen, begrepen we elkaars frustraties en successen. Ik hoefde nooit aan jou uit te leggen hoe frustrerend het was als een manuscript niet geaccepteerd werd, je begreep het gewoon. Bedankt!

Iris, le dino, de laatste jaren zijn we zo hecht geworden, ik kon (en kan) me nog

altijd geen fijnere plek voorstellen na een dag hard werken dan die heerlijke witte hang bank van jou. Het liefst met ham-kaas chips en peper fuet. Dank voor het altijd aanhoren van mijn verhalen, successen en frustraties, en enorm veel dank voor je hulp bij het uitzoeken van de foto's in deze thesis, dat maakt het allemaal nog bijzonderder. Opdat we nog vele jaren zulke goede vriendinnen zullen zijn!

Wietze, Minke, Jelmer & Arjen, dank voor alle steun. Mijn PhD traject is het

gevolg geweest van het belang wat jullie tijdens mijn opvoeding aan opleiding verbonden. Dat heeft me geïnspireerd om hard te (blijven) werken en door te blijven leren, om zo via het VMBO, de HAVO, het VWO, en een master diploma, mijn doctoraat te behalen. Die levensles, het belang van een goede opleiding, inspireert mij nog altijd om verder te leren en te blijven groeien. Dank voor deze wijze levensles, en alle steun tijdens mijn PhD traject, mijn verhuizing naar het buitenland en in het algemeen!