Entschlüsselung individueller photosensitiver Unterschiede: Dr. Hou Dandan von der Fudan-Universität erläutert die quantitativen Forschungen und Anwendungen der präzisen zirkadianen Beleuchtung.

Am 16. Juli veranstalteten „GuZhen Light Expo – Mingren Online“ und die „Fudan‑Licht“-Serie von Salons gemeinsam eine Sonderveranstaltung, bei der die Postdoktorandin des Instituts für Humanphänotypologie der Fudan‑Universität, Frau Hou Dandan, als Gastrednerin eingeladen war. Sie präsentierte das Thema „Analyse der Mechanismen individueller Unterschiede in der Lichtregulierung des Zirkadianen Rhythmus und deren Anwendungsforschung“. Die Moderation übernahm Herr Hong Bing, Generalsekretär des Alumni‑Vereins für Beleuchtung der Fudan‑Universität sowie Chefredakteur von China Light All Media.

Die Doktorin Hou Dandan ist auf den Gebieten der Photobiologie, der Ergonomie der Beleuchtung sowie der Farbwissenschaft tiefgreifend spezialisiert. Sie ist Mitglied mehrerer technischer Komitees der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) und hat an zahlreichen nationalen Schlüssel‑Forschungs‑ und Entwicklungsprogrammen sowie Großprojekten mitgewirkt. Zudem hat sie maßgeblich die Ausarbeitung mehrerer nationaler und brancheninterner Standards zur rhythmischen Beleuchtung vorangetrieben und hält über zehn nationale und internationale Patente.

Die Präsentation gliederte sich in vier Hauptbereiche: die Entwicklung eines quantitativen Modells zur Lichtregulierung des menschlichen Zirkadianen Rhythmus, die Einrichtung einer Kohorte basierend auf den typischen Lichtklimazonen Chinas, die Einflüsse von Umwelt‑ und genetischen Faktoren auf die lichtgesteuerte Regulation des Zirkadianen Rhythmus sowie die Anwendung präziser Lichtinterventionen in der klinischen Praxis und im allgemeinen Beleuchtungsbereich.

Von der „dritten Art von Photorezeptoren“ zum quantitativen Modell: Die nicht‑visuellen Wirkungen des Lichts werden sichtbar

Zunächst blickte Dr. Hou auf die bahnbrechenden Entdeckungen der Photobiologie zurück. Im Jahr 2002 entdeckte Professor Berson von der Brown University in den USA die Existenz einer dritten Art von Photorezeptoren – ipRGCs (intrinsisch photosensitive retinale Ganglienzellen) auf der Netzhaut des menschlichen Auges, wodurch das langjährige Lehrbuchverständnis, das lediglich zwei Arten von Photorezeptoren – Zapfen und Stäbchen – kannte, widerlegt wurde. Diese Entdeckung erklärte, warum auch blinde Menschen die Helligkeit ihrer Umgebung wahrnehmen und wissen, wann sie schlafen und wann sie aufwachen sollten, und öffnete zugleich die Tür zur Erforschung der nicht‑visuellen Wirkungen des Lichts.

Nicht‑bildgebende Vision (photobiologische Effekte) – nicht‑visuelle Signalwege

Licht lässt uns nicht nur die Welt „sehen“, sondern beeinflusst auch tiefgreifend unseren biologischen Uhrmechanismus – es reguliert Schlaf und Wachheit, den Leberstoffwechsel, die Herzfunktion sowie die Verdauungskapazität; dies entspricht in hohem Maße dem Konzept der „Zi‑Wu‑Strömung“ in der Traditionellen Chinesischen Medizin.

Auf quantitativer Ebene sind derzeit weltweit zwei gängige Modelle anerkannt:

Einerseits das von Professor Rea vom amerikanischen LRC entwickelte CS‑Modell (circadian stimulus), das die Nacht‑Melatonin‑Unterdrückungsrate als Output‑Kennzahl verwendet;

Andererseits das von der Lucas‑Gruppe vorgeschlagene α‑opic‑Äquivalent‑Beleuchtungsstärken‑Modell, das bereits von der CIE standardisiert und verbreitet wird.

Dr. Hou wies darauf hin, dass die CIE im Jahr 2024 eine Stellungnahme veröffentlichte, in der sie betonte: „Richtiges Licht zur richtigen Zeit“ – die Wirkung des Lichts hängt nicht nur von Spektrum und Intensität ab, sondern vor allem vom Zeitpunkt der Bestrahlung. Dieselbe Lichtquelle kann morgens förderlich sein, während sie nachts möglicherweise riskant wirkt.

1. Der Zeitpunkt der Bestrahlung bestimmt sowohl die Richtung (vorwärts oder rückwärts) als auch die Amplitude der Verschiebung des Zirkadianen Rhythmus und fungiert somit als „Lenkrad“.

2. Die Dauer der Bestrahlung ist ein entscheidender Faktor für die Richtung der Phasenverschiebung und beeinflusst die Amplitude des CPS‑Modells; dabei handelt es sich jedoch nicht um eine lineare Addition, sondern um eine effektive Akkumulation auf Basis photobiologischer Effekte.

3. Das Niveau der rhythmischen Stimulation ist ein wichtiger Faktor für die Amplitude: Je stärker das Licht, desto größer ist die Kraft, die den Rhythmus bewegt.

Ergebnisse eines Experiments zur akkumulierten photobiologischen Wirkung über einen Tageszyklus

Das Team entwickelte das DCLA‑Modell (durational circadian lighting accumulation) zur Vorhersage der Phaseverschiebung des menschlichen Zirkadianen Rhythmus durch Lichtinterventionen. Dieses Modell erreichte auf der eigenen Datengrundlage eine Fitting‑Genauigkeit von über 95 %; selbst nach Einbeziehung von Daten aus drei europäischen externen Studien lag die Genauigkeit weiterhin bei 93 %.

Das Modell wurde in die im März 2026 offiziell eingeführte chinesische Nationalnorm GB/T 46119‑2025 „Dosis der nicht‑visuellen biologischen Wirkungen des Lichts auf das menschliche Auge“ integriert und schloss damit die Lücke zwischen Grundlagenforschung und industrieller Anwendung.

Individuelle Unterschiede: Eine erstaunliche Spanne von 50‑fach

Dr. Hou betonte, dass hinter den statistischen Mittelwerten, die durch das Modell gut angepasst werden, die individuellen Unterschiede ein nicht zu vernachlässigendes Problem darstellen.

„Wie groß sind die Unterschiede in der Reaktion auf dieselbe Lichtstimulation bei verschiedenen Personen?“

Die Forschungsdaten zeigen: Bei gleicher Unterdrückungsrate von 50 % des nächtlichen Melatonins benötigt die empfindlichste Person lediglich 6 Lux, während die unempfindlichste Person 350 Lux braucht – eine Differenz von über 50‑fach. Manche Menschen können ihren Zirkadianen Rhythmus durch Licht um 2–3 Stunden verschieben, während bei anderen der Rhythmus nahezu unverändert bleibt.

„Wenn man die Probleme der individuellen Unterschiede nicht löst, könnte gesunde Beleuchtung für 50 % der Menschen wirksam sein, während sie für die anderen 50 % wirkungslos bleibt – fast wie beim Werfen einer Münze.“

Faktoren, die die Lichtempfindlichkeit eines Individuums beeinflussen, umfassen:

◇Alter: Bei Kindern liegt die Melatonin‑Unterdrückungsrate bei bis zu 88 %, während sie bei Erwachsenen nur etwa 40 % beträgt; mit 60 Jahren beträgt die Dichte der Zapfenzellen auf der Netzhaut nur etwa 60 % dessen, was sie mit 10 Jahren hatte.

◇Kurzsichtigkeit: Beeinflusst die Latenzzeit des Schlafs sowie die Schlafdauer.

◇Farbe der Iris: Hellere Irisfarben lassen mehr Licht durch und führen zu einer höheren Melatonin‑Unterdrückungsrate.

◇Bestrahlungsgeschichte: Menschen, die lange in stark beleuchteten Regionen gelebt haben, neigen eher zu einem „Morgen‑Typ“, während Bewohner dunkler Gegenden tendenziell „Nacht‑Typen“ sind.

◇Genetischer Hintergrund: Gene wie OPN4, die Melanopsin regulieren, sowie dopaminerge Signalwege und Glutamat‑Rezeptor‑Wege beeinflussen alle die Lichtempfindlichkeit.

Fünf große Lichtklimazonen‑Kohorten: Einzigartige Forschungs‑Vorteile Chinas

Um die tausendfachen Unterschiede in der Lichtreaktion zu klären, nutzte das Team Chinas einzigartige geografische Vorteile und baute auf der Grundlage der typischen Lichtklima‑Merkmale des Landes fünf Kohorten von Menschen in unterschiedlichen Lichtklimazonen auf. In gleichbreiten, aber unterschiedlich beleuchteten Gebieten wurden jeweils eigene Kohorten gebildet, um die beiden zentralen Dimensionen zu untersuchen, die die Lichtempfindlichkeit des Menschen beeinflussen.

Es handelt sich um einen weltweit einzigartigen natürlichen Versuchsbereich; die ersten Ergebnisse sind äußerst vielversprechend:

●Kohorte der Zone 1 (Lhasa): Hier ist die Gesamtmenge an Melatonin über den Tag hinweg höher, die Schwankungen des Zirkadianen Rhythmus sind stärker ausgeprägt, und die Pupillenkontraktion ist intensiver – diese Menschen sind besonders lichtempfindlich.

●Kohorte der Zone 5 (Chongqing): Hier bleibt die Melatonin‑Produktion über den Tag hinweg niedrig, und die physiologischen Schwankungen sind schwächer.

●Selbst bei Menschen mit identischem genetischen Hintergrund zeigen sich in den verschiedenen Lichtklimazonen deutliche Unterschiede in Schlafdauer und Schlafphase – die modifizierende Wirkung der Umwelt auf die Gene ist sehr stark.

„Zurück nach Lhasa“ ist nicht nur ein Song.

Die Forschung ergab, dass die extrem starke natürliche Beleuchtung Lhasas (bis zu 100.000 Lux) den Serotoninspiegel („Glückshormon“) erhöht und dadurch Dopamin sowie Melatonin verbessert, sodass die Menschen tagsüber fröhlich und nachts gut schlafen können. „Wenn man sich unglücklich fühlt, sollte man tatsächlich nach Lhasa zurückkehren – das hat tatsächlich wissenschaftliche Gründe.“

Präzise Lichtinterventionen: Von der klinischen Anwendung bis zur praktischen Umsetzung in der allgemeinen Beleuchtung

In der klinischen Anwendung hat das Team von Dr. Hou bereits mehrere Praxisprojekte durchgeführt.

◆ Unterstützung bei der Behandlung von Depressionen: Gemeinsam mit dem Shanghai‑Zentrum für psychische Gesundheit wurden Patienten mit mittelschwerer bis schwerer Depression zusätzlich zur medikamentösen Therapie mit Lichtinterventionen behandelt; bereits nach zwei Wochen zeigte sich eine schnelle Reaktion. Bei hochlichtempfindlichen Patienten war die Wirksamkeit deutlich höher als bei weniger lichtempfindlichen, was darauf hindeutet, dass zukünftige Lichttherapien zunächst stratifiziert und dann erst therapeutisch angewendet werden sollten.

◆ Rehabilitation nach Schlaganfällen mit kognitiven Defiziten: Im Dritten Rehabilitationskrankenhaus von Shanghai führte das Team zunächst eine Typisierung der Lichtempfindlichkeit durch und setzte anschließend Lichtstimulationen ein; die Effizienz stieg deutlich an.

◆ Allgemeine Beleuchtungsszenarien: Dr. Hou skizzierte eine Zukunftsvision personalisierter Lichtrezepte – mithilfe der Handy‑Standortbestimmung ließe sich der Wohnort des Nutzers (Lichtklima‑Zone) ermitteln; kombiniert mit Alter, Geschlecht, Schlaftyp sowie einfachen Fragebögen (z. B. Sensibilität gegenüber Licht nach nächtlichem Aufstehen oder Grad der Wachheit nach morgendlicher Lichtexposition) ließe sich die Lichtempfindlichkeit bestimmen, ohne dass jeder einzelne eine Genanalyse durchführen müsste. Diese Informationen könnten in ein intelligentes Lichtregulierungssystem eingespeist werden, um personalisierte Lichtrezepte zu generieren.

„Aus Sicht der Kosten für die Leuchte verfügen aktuelle intelligente Beleuchtungsprodukte bereits über die Möglichkeit, Farbtemperatur, Leuchtdichte, CS‑Werte und EDI‑Werte anzupassen; was wirklich fehlt, ist nicht die Hardware, sondern die dahinterliegende Logik – welche Lichtkurve sollte für Menschen unterschiedlicher Regionen, Altersgruppen und Lichtempfindlichkeiten geeignet sein?“

Interaktive Fragerunde

Im Rahmen der Fragerunde beantwortete Frau Hou Dandan detailliert die Fragen der Zuschauer:

Q: Da die Reaktionen verschiedener Individuen auf die lichtgesteuerte Regulation ihres Zirkadianen Rhythmus erheblich variieren, bedeutet dies, dass zukünftige Beleuchtungsprodukte individuell angepasst werden müssen? Sind die Kosten dafür beherrschbar?

A: Aus rein kostenseitiger Sicht unterscheiden sich die Produkte heute kaum von denen von heute. Nach jahrelanger Entwicklung verfügen intelligente Beleuchtungsprodukte bereits über die Möglichkeiten, Farbtemperatur, Leuchtdichte, CS‑Werte und EDI‑Werte anzupassen. Was wirklich geändert werden muss, ist nicht die Produkt‑Hardware, sondern die dahinterliegende Steuerlogik – unterschiedliche Regionen und Bevölkerungsgruppen sollten unterschiedliche Lichtkurven verwenden. Funktionell gibt es keine nennenswerten Mehrkosten.

Was die Diagnosekosten betrifft, so ist es nicht notwendig, dass jeder eine Genanalyse durchführt. Mit ein paar einfachen Fragen (z. B. Wohnort, Alter, Reaktion auf Licht) und der Standortbestimmung per Smartphone lässt sich die Lichtempfindlichkeit in etwa 90 % der Fälle bestimmen. Wir entwickeln derzeit entsprechende Fragebögen.

Q: Welche praktischen Anwendungen hat die chinesische Nationalnorm GB/T 46119‑2025 „Dosis der nicht‑visuellen biologischen Wirkungen des Lichts auf das menschliche Auge“ für Verbraucher und Hersteller?

A: Diese Norm beantwortet hauptsächlich zwei Fragen: Erstens, mit welchen Indikatoren lässt sich die nicht‑visuelle Wirkung des Lichts quantitativ messen? Die Norm definiert drei Hauptindikatorsysteme – das α‑opic‑Äquivalent‑Beleuchtungsstärken‑System, das CS‑Modell zur rhythmischen Stimulation sowie das DCLA‑CPS‑System, das auf der chinesischen Bevölkerung basiert. Zweitens legt sie die erforderlichen Dosiswerte für typische Anwendungsbereiche fest.

Am wertvollsten ist, dass die Norm im Anhang Korrekturfaktoren für verschiedene Lichtklimazonen vorsieht. So gibt es beispielsweise in Lhasa und Chongqing jeweils einen Verstärkungs‑ bzw. Abschwächungskoeffizienten, statt einer landesweiten „Einheitslösung“. China ist riesig und weist enorme regionale Unterschiede auf; die Norm sollte daher den Lebensmerkmalen der Menschen in den verschiedenen Regionen gerecht werden.

Q: Welche konkreten Fälle von präzisen Lichtinterventionen sind in der klinischen Praxis bereits umgesetzt worden? Zum Beispiel bei der Behandlung von Schlafstörungen, der Regulierung des Rhythmus bei Schichtarbeitern oder der Unterstützung bei Depressionen?

A: Derzeit wurden vor allem in den Bereichen Depressionen und Rehabilitation nach Schlaganfällen mit kognitiven Defiziten erste Versuche unternommen. Bei Depressionen wurden gemeinsam mit dem Shanghai‑Zentrum für psychische Gesundheit Patienten mit mittelschwerer bis schwerer Depression zusätzlich zur medikamentösen Therapie mit Lichtinterventionen behandelt; bereits nach zwei Wochen zeigte sich eine schnelle Reaktion, wobei hochlichtempfindliche Patienten besser reagierten. Bei den Patienten mit kognitiven Defiziten nach Schlaganfällen im Dritten Rehabilitationskrankenhaus führten wir zunächst eine Typisierung der Lichtempfindlichkeit durch und setzten anschließend Lichtstimulationen ein; die Effizienz stieg um etwa 20 % gegenüber früheren Berichten. Wir prüfen diesen Ansatz derzeit schrittweise bei verschiedenen Krankheiten.

Q: Angesichts der Studien zu den typischen Lichtklimazonen Chinas – wo die natürlichen Lichtbedingungen je nach Region stark variieren – sollte die Schulbeleuchtung je nach geografischer Lage unterschiedliche rhythmische Beleuchtungskonzepte verwenden?

A: Diese Frage ist sehr berechtigt. Wir hoffen, dass auf der Ebene der praktischen Umsetzung sowohl bei der Wohnungsbeleuchtung als auch bei der Schul‑ und Krankenhausbeleuchtung differenzierte Standards für die jeweiligen Regionen gelten. Im Standard zur Dosis der nicht‑visuellen biologischen Wirkungen des Lichts wurden bereits erste Korrekturfaktoren festgelegt. Für die Schulbeleuchtung gilt: Neben den nicht‑visuellen Aspekten gibt es auch deutliche regionale Unterschiede in visuellen Funktionen und Farbunterschieden; die Branche wird daher nach und nach spezifische, auf die jeweiligen Regionen abgestimmte Beleuchtungskonzepte für Klassenzimmer entwickeln. Diese Ergebnisse werden wir sukzessive veröffentlichen.

ENDE

Hinweis: Der vorliegende Text basiert auf der Mitschrift der Rede von Frau Hou Dandan am 16. Juli 2026 im Rahmen der „Ming‑Klasse“ zum Thema „Analyse der Mechanismen individueller Unterschiede in der Lichtregulierung des Zirkadianen Rhythmus und deren Anwendungsforschung“, die von der Ming‑Klasse zusammengestellt und veröffentlicht wurde.

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