Verschiedene Forschungsprojekte der Hochschule Luzern liegen im Bereich der nicht-visuellen Wirkungen von Licht. Seit 2017 begleitet das Team von Licht@hslu eines der größten Logistikunternehmen der Schweiz bei dessen Pilot-Umrüstung der Beleuchtungsanlage eines seiner 24-Stunden-Verteilzentren. Dabei kommen in einigen Arbeitszonen Leuchten mit Tunable White zum Einsatz. Das Projekt hat das Ziel, die verändernde Wirkung auf die 400 Mitarbeiter zu erfassen. In einem anderen Projekt wird ein kantonales Pflegezentrum begleitet, mit dem Ziel die Akzeptanz der dort installierten Tunable White-Anlage zu steigern. Bei diesen zwei Projekten und noch weiteren mussten die Autoren feststellen, dass es bei der Umsetzung von solchen Anlagen in der Praxis noch Optimierungsbedarf gibt. Neben der technischen Spezifikation und der Kommunikation mit den Nutzern, ist eine einheitliche Metrik sehr wichtig, wie im nächsten Abschnitt erläutert wird.

Die nicht-visuelle Lichtforschung hat durch die Entdeckung der melanopsinhaltigen Photorezeptoren (intrinsisch photosensible retinale Ganglienzellen oder kurz ipRGC) unter anderem durch Brainard und Thapan [2, 3] vor ungefähr 20 Jahren einen starken Impuls erhalten, der zu einer Art Paradigmenwechsel geführt hat: Zur Hellempfindlichkeitskurve V(λ) von 1924, welche für das photopische Sehen zuständig ist, kam neu eine für die nicht-visuelle Wirkung von Licht spezifische Wirkungsfunktion hinzu. Neue Erkenntnisse haben jedoch zu einer mehrfachen Anpassung dieser melanopischen Wirkungsfunktion geführt. Je nachdem wann eine Studie durchgeführt wurde, beriefen sich die Forscher auf die eine oder die andere Funktion. So verschob sich das Maximum der melanopischen Wirkungsfunktion von 450 nm zu 480 nm oder 490 nm (siehe Abb. 1).

Die Uneinigkeit in der zu verwendenden Metrik, zusammen mit unterschiedlichen Messpositionen (beispielsweise Kopf, Brust, Handgelenk), und der teilweise nur dürftigen lichttechnischen Dokumentation haben dazu geführt, dass die Resultate vieler Lichtstudien nur schwer vergleichbar und experimentelle Bedingungen nur schwer reproduzierbar sind. Dies sollte sich nun bessern. Die Publikation der Norm »CIE S026:E/2018 – CIE-System für die Metrologie optischer Strahlung für ipRGC-beeinflusste Antworten auf Licht« im Dezember 2018 [3] kann gewissermaßen als Startschuss für konsistente nicht-visuelle Lichtforschung betrachtet werden, sofern deren Empfehlungen gefolgt wird. Der Standard definiert unter anderem Funktionen, Mengen und Metriken für alle fünf Photorezeptortypen, Zäpfchen (S-Typ, M-Typ und L-Typ), Stäbchen und ipRGCs. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass alle fünf Photorezeptortypen zu ipRGC-beeinflussten Reaktionen beitragen und gesamthaft betrachtet werden müssen. Abb. 2 zeigt die Wirkungsfunktionen der fünf Photorezeptortypen gemäss CIE S026:E/2018. Betreffend Metrik empfiehlt der Standard beispielsweise, dass für jeden Photorezeptortyp das Beleuchtungsstärke-Äquivalent mit der Normlichtart D65 (Tageslicht) als Referenz berechnet werden soll.

In Sachen »nicht-visuelle Wirkung von Licht« sind noch viele Fragen zu beantworten. Allerdings herrscht eine gewisse Einigkeit darüber, dass die Menge und das Spektrum des Lichts zusammen mit dem Zeitpunkt und der Dauer der Lichtexposition zentrale Parameter der nicht-visuellen Wirkung von Licht sind. Zusammengenommen entsprechen sie einem Abbild davon, wie der Mensch dem Licht ausgesetzt ist. Diese »Light History« beinhaltet nicht nur die Arbeitszeit tagsüber, sondern auch die Nachtstunden ohne Licht (siehe Abb. 3). Es sind die Daten über die 24 Stunden des Tages und einer definierten Anzahl an Tagen der Vergangenheit notwendig, um eine Aussage über den Einfluss von Licht auf den Menschen treffen zu können.

Die Messung einer Licht-Dosis, die Licht-Dosimetrie, ist zurzeit noch kein Alltagsthema in der Lichtbranche. Neben der Kontroverse um die »korrekten« Metriken, dürfte ein weiterer Grund dafür sein, dass es kaum geeignete Messgeräte auf dem Markt gibt. Den Autoren ist bislang kein Licht-Dosimeter bekannt, welches konsequent die neuen CIE-Empfehlungen berücksichtigt. Das Licht@hslu-Team der Hochschule Luzern arbeitet seit 2018 an der Weiterentwicklung eines Licht-Dosimeters, welches neu Daten gemäß der neuen CIE-Norm sammeln und auswerten soll. Damit möchte das interdisziplinäre Team (Produktdesigner, Elektrotechniker, Lichttechniker und Chronobiologen) einen Beitrag leisten, die Forschung im Bereich der nicht-visuellen Wirkung von Licht voranzutreiben. Durch Bereitstellung eines geeigneten Messgeräts soll der Forschungsgemeinschaft ermöglicht werden, die Zusammenhänge und den Einfluss von Licht auf den Menschen und letztendlich auf unsere Gesundheit besser zu verstehen. Dann werden auch wissenschaftlich fundierte Empfehlungen zum »richtigen Licht zur richtigen Zeit« möglich sein.

Referenzen

[1] ILV: International Lighting Vocabulary (2nd Edition), CIE DIS 017/E:2016, 2016.

[2] G. C. Brainard et al.,»Action Spectrum for Melatonin Regulation in Humans: Evidence for a Novel Circadian Photoreceptor«,The Journal of Neuroscience, vol. 21, no. 16, pp. 6405–6412, 2001.

[3] K. Thapan, J. Arendt, and D. J. Skene, »Rapid Report: An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans«,Journal of Physiology, no. 535.1, pp. 261–267, 2001.

[4] CIE System for Metrology of Optical Radiation for ipRGC-lnfluenced Responses to Light, CIE DIS 026/E:2018, 2018.