Tonåringar gillar att sova sent och kämpar för att komma upp i tid för att gå till skolan. Den allmänt accepterade förklaringen till detta är att ungdomars biologiska hjärnklockor är försenade. Det har föreslagits att för att råda bot på detta bör skolstarten försenas för äldre tonåringar så att de återigen är i samklang med sin biologiska klocka.

I studien, som i dag publiceras i Scientific Reports, användes en matematisk modell som tar hänsyn till om människor av naturen är mer morgon- eller kvällsmänniskor, det naturliga och konstgjorda ljusets inverkan på kroppsklockan och den typiska tiden för en väckarklocka, för att förutsäga effekterna av en fördröjning av skolans starttider.

Den matematiska modellen visade att en fördröjning av skolans starttider i Storbritannien inte skulle bidra till att minska sömnbristen. Precis som när klockorna går tillbaka på hösten skulle de flesta tonåringars kroppsklockor driva ännu senare som svar på den senare starttiden, och inom några veckor skulle de ha lika svårt att komma upp ur sängen. Resultaten gav dock ett visst stöd för att senarelägga skolstarten i USA, där många skolor börjar redan klockan 7.00.

Den matematiska förklaringen har sina rötter i den holländske 1600-talsmatematikern Huygens arbete. Han såg att klockor kan synkroniseras, men att det beror på båda klockorna och hur de påverkar varandra. Genom forskning under de senaste decennierna vet vi att kroppsklockor vanligtvis går lite långsamt, så de måste regelbundet ”korrigeras” om de ska förbli synkroniserade med 24-timmarsdagen. Historiskt sett kom denna korrigeringssignal från vår interaktion med omgivningens ljus/mörker-”klocka”.

Den matematiska modellen visar att problemet för tonåringar är att deras ljuskonsumtionsbeteende stör den naturliga interaktionen med omgivningens klocka – att gå upp sent på morgonen resulterar i att tonåringar behåller ljuset tänt till senare på kvällen. Att ha ljuset på sent fördröjer den biologiska klockan, vilket gör det ännu svårare att gå upp på morgonen. Matematiken tyder också på att ungdomars biologiska klockor är särskilt känsliga för effekterna av ljuskonsumtion.

Modellen föreslår att ett alternativt botemedel till att flytta skolstarttiderna i Storbritannien är att exponera sig för starkt ljus under dagen, sänka belysningen på kvällen och släcka den på natten. För mycket tidiga starttider, som i vissa regioner i USA, kan alla fördelar med att skjuta upp skolstarten gå förlorade om det inte kombineras med strikta gränser för mängden artificiellt ljus på kvällen.

Den ledande författaren Dr Anne Skeldon sade: ”Matematikens styrka är att vi kan använda befintlig kunskap om hur ljuset interagerar med den biologiska klockan för att göra förutsägelser om olika åtgärder för att hjälpa till att minska ”social jetlag”.

”Det understryker att ungdomar inte är ”programmerade” att vakna sent och att man genom att öka exponeringen för starkt ljus under dagen, sänka belysningen på kvällen och släcka den på natten bör göra det möjligt för de flesta att gå upp i tid till jobbet eller skolan utan alltför stor ansträngning och utan att ändra skolans schema.”

Medförfattaren Dr Andrew Phillips sade: ”Den mest intressanta delen av analysen för mig var det kontraintuitiva resultatet att de mest extrema kvällstyperna förutspås dra minst nytta av en senareläggning av skolstarttiderna, eftersom de tenderar att använda artificiellt ljus på kvällen under ett längre tidsintervall.

”För kvällstyperna är det kritiskt att hålla kvällsbelysningen nere för att kunna dra nytta av de potentiella fördelarna med en senareläggning av morgonlarmtiderna, annars är det mycket troligt att deras läggdagstid kommer att förskjutas senare. Att förstå dessa individuella skillnader, och hur de påverkas av ljuskonsumtion, är nödvändigt för att maximera effekterna av eventuella policyförändringar.”

Medförfattare professor Derk-Jan Dijk sade: ”Precis som matematiska modeller används för att förutsäga klimatförändringar kan de nu användas för att förutsäga hur en förändring av vår ljusmiljö kommer att påverka våra biologiska rytmer.

”Det visar att den moderna livsstilen gör det svårt för kroppsklockan att vara på 24 timmar, vilket förskjuter vår rytm för sömnighet och vakenhet till senare tider – vilket innebär att vi är sömniga fram till sent på morgonen och förblir vakna fram till senare på kvällen.”

”Som ett resultat av detta går våra väckarklockor i gång under arbetsveckan innan kroppsklockan naturligt väcker oss. Vi får då otillräcklig sömn under veckan och kompenserar för det under helgen. Sådana mönster av otillräcklig och oregelbunden sömn har förknippats med olika hälsoproblem och har kallats ”social jetlag”.”

Den matematiska förståelsen av biologiska klockor tyder på att ungdomar är särskilt känsliga för effekterna av ljuskonsumtion. Modellen kan dock tillämpas även på andra åldersgrupper. Den kan användas för att utforma nya insatser inte bara för sömniga tonåringar utan även för vuxna som lider av störningar i den fördröjda sömnfasen eller personer som inte alls är synkroniserade med dygnets 24-timmarsdag.

Forskningen uppmärksammar ljus, ljuskonsumtion och mörker som viktiga miljö- och beteendefaktorer som påverkar hälsan. Detta har konsekvenser för hur vi utformar ljusmiljön på jobbet och hemma i våra moderna ljusförorenade samhällen.