Tieners slapen graag uit en hebben moeite om op tijd op te staan om naar school te gaan. De algemeen aanvaarde verklaring hiervoor is dat de biologische hersenklokken van adolescenten vertraagd zijn. Om dit te verhelpen wordt voorgesteld de schooltijden voor oudere tieners te verschuiven, zodat zij weer op tijd zijn voor hun biologische klok.

In de studie, die vandaag is gepubliceerd in Scientific Reports, werd een wiskundig model gebruikt dat rekening houdt met de vraag of mensen van nature meer een ochtend- of avondmens zijn, de invloed van natuurlijk en kunstmatig licht op de lichaamsklok en de typische tijd van een wekker, om de effecten van het uitstellen van de starttijden op school te voorspellen.

Het wiskundige model toonde aan dat het uitstellen van de starttijden op school in het Verenigd Koninkrijk niet zou helpen om het slaaptekort te verminderen. Net als bij het terugzetten van de klok in de herfst, zouden de lichaamsklokken van de meeste tieners nog later gaan lopen als gevolg van de latere begintijd, en binnen een paar weken zouden ze het net zo moeilijk vinden om uit bed te komen. De resultaten leverden wel enige steun op voor het uitstellen van het begin van de school in de VS, waar veel scholen al om 7 uur ’s ochtends beginnen.

De wiskundige verklaring vindt haar oorsprong in het werk van de 17e eeuwse Nederlandse wiskundige Huygens. Hij zag dat klokken synchroon kunnen lopen, maar dat hangt af van beide klokken en hoe ze elkaar beïnvloeden. Uit onderzoek van de laatste decennia weten we dat lichaamsklokken doorgaans een beetje traag lopen, zodat ze regelmatig moeten worden ‘gecorrigeerd’ om synchroon te blijven lopen met de 24-urige dag. Historisch gezien kwam dit corrigerende signaal van onze interactie met de omgevingslicht-donker-‘klok’.

Het wiskundige model laat zien dat het probleem voor adolescenten is dat hun lichtconsumptiegedrag de natuurlijke interactie met de omgevingsklok verstoort — ’s morgens laat opstaan leidt ertoe dat adolescenten het licht tot later in de nacht aanhouden. Door de lichten laat aan te hebben, wordt de biologische klok vertraagd, waardoor het nog moeilijker wordt om ’s morgens op te staan. De wiskunde suggereert ook dat de biologische klokken van adolescenten bijzonder gevoelig zijn voor de effecten van lichtconsumptie.

Het model suggereert dat een alternatieve remedie voor het verplaatsen van de school begintijden in het Verenigd Koninkrijk is blootstelling aan helder licht gedurende de dag, het licht ’s avonds zachter zetten en ’s nachts uit. Voor zeer vroege begintijden, zoals in sommige regio’s in de VS, zou elk voordeel van het uitstellen van de begintijden van scholen verloren kunnen gaan, tenzij dit gepaard gaat met strikte beperkingen van de hoeveelheid kunstlicht die ’s avonds wordt gebruikt.

Hoofdauteur Dr Anne Skeldon zei: “De kracht van de wiskunde is dat we in staat zijn om bestaande kennis over hoe licht interageert met de biologische klok te gebruiken om voorspellingen te doen over verschillende interventies om de ‘sociale jetlag’ te helpen verminderen.

“Het benadrukt dat adolescenten niet ‘geprogrammeerd’ zijn om laat op te staan en dat door de blootstelling aan helder licht overdag te verhogen, het licht ’s avonds lager en ’s nachts uit te schakelen, de meesten in staat zouden moeten zijn om op tijd op te staan voor werk of school zonder al te veel moeite en zonder de schoolroosters te veranderen.”

Co-auteur Dr Andrew Phillips zei: “Het meest interessante deel van deze analyse voor mij was de contra-intuïtieve bevinding dat de meest extreme avondtypes worden voorspeld om het minste voordeel te halen uit een vertraging van de school begintijden, omdat ze de neiging hebben om ’s avonds kunstlicht te gebruiken voor een langere interval van tijd.

“Voor avondtypes is het van cruciaal belang om de avond lichtniveaus laag te houden om een van de potentiële voordelen van een vertraging van de ochtend wektijden te halen, anders is hun bedtijd zeer geneigd om later te verschuiven. Inzicht in deze individuele verschillen, en hoe ze worden beïnvloed door lichtconsumptie, is noodzakelijk om de effecten van elke beleidsverandering te maximaliseren.”

Co-auteur prof. Derk-Jan Dijk zei: “Net zoals wiskundige modellen worden gebruikt om klimaatverandering te voorspellen, kunnen ze nu worden gebruikt om te voorspellen hoe het veranderen van onze lichtomgeving onze biologische ritmes zal beïnvloeden.

“Het laat zien dat moderne levensstijlen het moeilijk maken voor lichaamsklokken om 24 uur aan te blijven staan, waardoor ons ritme van slaperigheid en alertheid naar latere tijden verschuift – wat betekent dat we slaperig zijn tot laat in de ochtend en alert blijven tot later in de avond.

“Als gevolg hiervan gaan tijdens de werkweek onze wekkers af voordat de lichaamsklok ons op natuurlijke wijze wekt. We slapen dan doordeweeks te weinig en compenseren dat in het weekend. Dergelijke patronen van onvoldoende en onregelmatige slaap zijn in verband gebracht met verschillende gezondheidsproblemen en worden ‘sociale jetlag’ genoemd.”

Het wiskundige begrip van biologische klokken suggereert dat adolescenten bijzonder gevoelig zijn voor de effecten van lichtconsumptie. Het model kan echter ook op andere leeftijdsgroepen worden toegepast. Het kan worden gebruikt om nieuwe interventies te ontwerpen, niet alleen voor slaperige tieners, maar ook voor volwassenen die lijden aan vertraagde slaapfasestoornissen of mensen die helemaal niet gesynchroniseerd zijn met de 24-urige dag.

Het onderzoek vestigt de aandacht op licht, lichtconsumptie en duisternis als belangrijke milieu- en gedragsfactoren die de gezondheid beïnvloeden. Dit heeft implicaties voor de manier waarop we de lichtomgeving op het werk en thuis inrichten in onze moderne door licht vervuilde samenlevingen.