Jugendliche schlafen gerne lange und haben Schwierigkeiten, rechtzeitig aufzustehen, um zur Schule zu gehen. Die allgemein akzeptierte Erklärung dafür ist, dass die biologische Uhr des Gehirns von Jugendlichen verzögert ist. Um hier Abhilfe zu schaffen, wurde vorgeschlagen, die Schulanfangszeiten für ältere Jugendliche zu verschieben, damit sie wieder mit ihrer biologischen Uhr in Einklang stehen.

Die Studie, die heute in Scientific Reports veröffentlicht wurde, verwendete ein mathematisches Modell, das berücksichtigt, ob Menschen von Natur aus eher Morgen- oder Abendmenschen sind, den Einfluss von natürlichem und künstlichem Licht auf die Körperuhr und die typische Zeit eines Weckers, um die Auswirkungen einer Verschiebung der Schulanfangszeiten vorherzusagen.

Das mathematische Modell zeigte, dass eine Verschiebung der Schulanfangszeiten im Vereinigten Königreich nicht zur Verringerung des Schlafmangels beitragen würde. Genau wie bei der Rückstellung der Uhren im Herbst würden sich die Uhren der meisten Jugendlichen als Reaktion auf die spätere Anfangszeit noch weiter nach hinten verschieben, so dass es ihnen innerhalb weniger Wochen genauso schwer fallen würde, aus dem Bett zu kommen. Die Ergebnisse sprechen jedoch für eine Verschiebung des Schulbeginns in den USA, wo viele Schulen bereits um 7 Uhr morgens beginnen.

Die mathematische Erklärung hat ihre Wurzeln in der Arbeit des niederländischen Mathematikers Huygens aus dem 17. Jahrhunderts. Er erkannte, dass Uhren sich synchronisieren können, dass dies aber von den beiden Uhren und deren gegenseitiger Beeinflussung abhängt. Aus den Forschungen der letzten Jahrzehnte wissen wir, dass die Körperuhren in der Regel etwas langsamer gehen und daher regelmäßig „korrigiert“ werden müssen, damit sie mit dem 24-Stunden-Tag synchron bleiben. Das mathematische Modell zeigt, dass das Problem für Jugendliche darin besteht, dass ihr Lichtverbrauchsverhalten die natürliche Interaktion mit der Umweltuhr stört – spätes Aufstehen am Morgen führt dazu, dass Jugendliche das Licht bis spät in die Nacht anlassen. Das späte Einschalten des Lichts verzögert die biologische Uhr, so dass es noch schwieriger wird, morgens aufzustehen. Die Mathematik deutet auch darauf hin, dass die biologischen Uhren von Jugendlichen besonders empfindlich auf die Auswirkungen des Lichtkonsums reagieren.

Das Modell legt nahe, dass eine Alternative zur Verschiebung der Schulanfangszeiten im Vereinigten Königreich darin besteht, sich tagsüber hellem Licht auszusetzen und die Lichter am Abend herunterzudrehen und nachts auszuschalten. Bei sehr frühen Schulanfangszeiten, wie sie in einigen Regionen der USA üblich sind, könnten alle Vorteile, die sich aus der Verschiebung der Schulanfangszeiten ergeben, verloren gehen, wenn sie nicht mit einer strengen Begrenzung des abendlichen Kunstlichtverbrauchs einhergehen.

Die Hauptautorin Dr. Anne Skeldon sagte: „Die Stärke der Mathematik besteht darin, dass wir das vorhandene Wissen darüber, wie Licht mit der biologischen Uhr interagiert, nutzen können, um Vorhersagen über verschiedene Interventionen zur Verringerung des ’sozialen Jetlags‘ zu treffen.

„Es wird deutlich, dass Jugendliche nicht darauf ‚programmiert‘ sind, spät aufzuwachen, und dass die meisten von ihnen in der Lage sein sollten, rechtzeitig zur Arbeit oder zur Schule aufzustehen, ohne sich allzu sehr anstrengen zu müssen und ohne ihren Stundenplan zu ändern, wenn sie tagsüber mehr hellem Licht ausgesetzt sind und das Licht abends herunterdrehen und nachts ausschalten.“

Ko-Autor Dr. Andrew Phillips sagte: „Das Interessanteste an dieser Analyse war für mich die kontraintuitive Erkenntnis, dass die extremsten Abendtypen am wenigsten von einer Verschiebung der Schulanfangszeiten profitieren, weil sie dazu neigen, das abendliche Kunstlicht über einen längeren Zeitraum zu nutzen.“

„Für Abendtypen ist es von entscheidender Bedeutung, das abendliche Lichtniveau niedrig zu halten, um von den potenziellen Vorteilen einer Verschiebung der morgendlichen Weckzeiten zu profitieren, da sich ihre Schlafenszeit sonst sehr leicht nach hinten verschiebt. Das Verständnis dieser individuellen Unterschiede und ihrer Beeinflussung durch den Lichtkonsum ist notwendig, um die Auswirkungen jeglicher politischer Veränderungen zu maximieren.“

Ko-Autor Prof. Derk-Jan Dijk sagte: „So wie mathematische Modelle für die Vorhersage des Klimawandels verwendet werden, können sie jetzt auch für die Vorhersage verwendet werden, wie eine Veränderung unserer Lichtumgebung unsere biologischen Rhythmen beeinflussen wird.

„Die Studie zeigt, dass der moderne Lebensstil es der Körperuhr erschwert, 24 Stunden aufrecht zu bleiben, wodurch sich unser Rhythmus von Schläfrigkeit und Wachsamkeit auf spätere Zeiten verschiebt – was bedeutet, dass wir bis zum späten Morgen schläfrig sind und bis zum späten Abend wach bleiben.

„Infolgedessen gehen unsere Wecker während der Arbeitswoche los, bevor uns die Körperuhr auf natürliche Weise weckt. Wir bekommen dann unter der Woche zu wenig Schlaf und gleichen dies am Wochenende aus. Solche Muster von unzureichendem und unregelmäßigem Schlaf werden mit verschiedenen Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht und als ’sozialer Jetlag‘ bezeichnet.“

Das mathematische Verständnis der biologischen Uhren legt nahe, dass Jugendliche besonders empfindlich auf die Auswirkungen des Lichtkonsums reagieren. Das Modell lässt sich jedoch auch auf andere Altersgruppen anwenden. Es kann verwendet werden, um neue Interventionen nicht nur für schläfrige Teenager zu entwickeln, sondern auch für Erwachsene, die unter Störungen der verzögerten Schlafphase leiden, oder für Menschen, die überhaupt nicht mit dem 24-Stunden-Tag synchronisiert sind.

Die Forschung lenkt die Aufmerksamkeit auf Licht, Lichtkonsum und Dunkelheit als wichtige Umwelt- und Verhaltensfaktoren, die die Gesundheit beeinflussen. Dies hat Auswirkungen darauf, wie wir in unserer modernen lichtverschmutzten Gesellschaft die Lichtumgebung am Arbeitsplatz und zu Hause gestalten.