(57)【要約】本発明は、人間のサーカディアンサイクルを所望状態に修正する為の方法に関する。本発明の方法は、対象者の現在のサーカディアンサイクルの特徴を評価するステップと、所望のサーカディアンサイクルの特徴を決定するステップと、対象者の現在のサーカディアンサイクルに所望の修正を行う為に、該現在のサーカディアンサイクルに対して光刺激を与えるべき適切な時間を選択するステップと、対象者の現在のサーカディアンサイクルを前記所望状態に修正する為に前記選択された時間で前記光刺激を与えるステップとを含む。前記光刺激は、単色光（446nm〜483nm）又は短波長を有する実質的に白色の光とされる。【選択図】図１
2007534349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）現在のサーカディアンサイクルの特徴を評価するステップと、
（ｂ）所望のサーカディアンサイクルの特徴を決定するステップと、
（ｃ）対象者の現在のサーカディアンサイクルに所望の修正を加える為に、短波長を有する光を含む光刺激を該現在のサーカディアンサイクルに対して与えるべき適切な時間を選択するステップと、
（ｄ）対象者の現在のサーカディアンサイクルを前記所望状態に修正する為に前記選択された時間で前記光刺激を与えるステップとを含むことを特徴とする人間のサーカディアンサイクルのフェーズ及び振幅を所望状態に修正する方法。
【請求項２】
前記短波長光の波長は446nmから483nmまでの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の人間のサーカディアンサイクルのフェーズ及び振幅を所望状態に修正する方法。
【請求項３】
（ａ）対象者にとって望ましい所望の内生サーカディアンサイクルの特定を決定するステップと、
（ｂ）対象者の現在の内生サーカディアンサイクルに所望の修正を加える為に、減退光の少なくとも一つのパルスによって分離される短波長の少なくとも二つのパルスからなる断続光の照射を含む光刺激を該現在のサーカディアンサイクルにおける生理学上の指標の推測フェーズに対して与えるべき適切な時間を選択するステップと、
（ｃ）対象者にとって望ましい前記所望の内生サーカディアンサイクルを得る為に前記選択された時間で前記光刺激を与えるステップとを含むことを特徴とする人間のサーカディアンサイクルを所望状態に修正する方法。
【請求項４】
前記短波長の波長は500nm以下であることを特徴とする請求項３に記載の人間のサーカディアンサイクルを所望状態に修正する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、国立健康学会による認可番号R01-NS36590-05において政府支援に基づきなされたものである。政府は本発明に関し所定の権利を有している。
【０００２】
本発明は、人間のサーカディアンサイクルを修正又はリセットする方法に関する。より詳しくは、本発明は、単色短波長光を有する光、又は、短波長光を有する実質的に白色の光の刺激を与えることによって、人間のサーカディアンサイクルを修正又はリセットする方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
人間が種々の生理的機能，認知機能及び行動機能においてサーカディアンリズム又はサイクルを示すことは公知である。このようなサイクルは、脳内の体内時計又はペイスメーカによって制御される。サーカディアンサイクルにおける異なる「フェーズ(phase)」においては、人間の覚醒の程度又は行動能力の程度が異なることも公知である。
【０００４】
人間が希望する活動時間及び休息時間が、彼らのサーカディアンサイクルにおいて最も適切なフェーズと一致しないことは頻繁に生じる。例えば、子午線を超える旅行を行う旅行者は、彼又は彼女のサーカディアンサイクルが目的地における現地時間に「合致」されていない為、一般的に「時差ぼけ」と呼ばれるものを体験する。詳しくは、（出発地における現地時間に基づく）旅行者の体内時計が該旅行者に望まれる活動−休息スケジュールに対して遅延又は進行し、これにより、目的地における通常の活動時間に倦怠感が生じたり、目的地における通常の休息時間に覚醒感又は覚醒状態が生じる。
【０００５】
同様に、（工場労働者，医療スタッフ，警官及び公共事業スタッフ等の）夜間労働者は、自身のサーカディアンサイクルによる調整が行われると、彼らに要求される活動と該活動を実施する為の生体的能力とが同調しないということを経験する。前記労働者のサーカディアンサイクルのフェーズと予定されている夜間労働時間とのズレは、（習慣的な起床時間が午前７時〜午前８時であると仮定すると）午前３時〜午前７時の早朝時間の間における眠気の増加に応じて、現出する。殆どの人間のサーカディアンサイクルは、この時間帯において底状態又は最低状態になり、従って、ミス又は事故が生じ易くなる。また、夜間労働者は、（人間が最も覚醒状態となる）サーカディアンサイクルのピーク時又は最高状態時を睡眠に割り当てなければならない為、自身の夜間労働スケジュールに応じて、夜間労働の後の日中に睡眠することの難しさを経験する。これは、睡眠不足を招き、覚醒の程度を減少させると共に、一部の夜間労働者に対してその後の夜間労働中にミス又は事故が生じる危険性を増加させる。例えば、医療業界の労働者や、又は、原子力発電プラントにおいてプロセスを監視する労働者にとっては、このような覚醒の程度の減退は惨憺たる結果を生じさせる危険がある。
【０００６】
サーカディアンサイクルと実際に要求される活動−休息サイクルとの間のズレに起因するとされている睡眠障害には種々のカテゴリーが存在する。例えば、老人には、しばしば、夜の早い時間での眠気及び起床したい時間よりも早い時間での起床として現れる日周サイクルにおけるフェーズの早朝時間への進行として現出する。
【０００７】
要求される活動−休息サイクルに対するサーカディアンサイクルのズレに関連するとされている他の睡眠障害には、遅延型不眠症，進行型不眠症，季節性情動障害（SAD）及び非２４時間睡眠／起床障害が存在する。
【０００８】
光が人間を含む多くの生物におけるサーカディアンサイクル，シーズナルサイクル及び神経内の分泌反応を調整する為の主要な刺激であること、及び、人間のメラトニン分泌時間及び睡眠時間が日照時間又は明期の変化に反応することは、公知である。数十年間の医療研究は、光線療法が特定の情動障害，睡眠障害やサーカディアンサイクルに関する他の障害に対する治療に効果的であることを示している。従って、関連する科学分野の当業者は、選択された特性を有する光線の刺激を適切にスケジュールされた状態で人間に照射することによって、サーカディアンサイクルのフェーズ調整，修正又はリセットが可能であることを認識している。
【０００９】
サーカディアンサイクルにおけるフェーズ及び振幅（大きさ）を評価及び修正する方法は公知である。このような方法の幾つかは、ツェイスラー他に「対象者の内生的なサーカディアンサイクルの評価及び修正」として付与された米国特許第5,163,426号、ツェイスラー他に「サーカディアンのフェーズ及び大きさの評価及び修正」として付与された米国特許第5,167,228号、ツェイスラー他に「サーカディアンのフェーズ及び大きさの評価及び修正」として付与された米国特許第5,176,133号、並びに、ツェイスラー他に「人間のサーカディアンサイクルの評価及び修正」として付与された米国特許第5,304,212号に開示されており、これら（以下、総括して「ツェイスラー他の特許」という）の開示事項は、参考として本明細書に組み込まれる。
【００１０】
前記ツェイスラー他の特許は、（500ルクス〜100,000ルクスの範囲の）明るい光線の刺激はサーカディアンサイクルに直接的な影響を及ぼし、且つ、サーカディアンサイクルへの該直接的な影響の強さは前記明るい光線の刺激のタイミング，強度及び照射時間に依存するという実験結果に基づいている。
【００１１】
米国特許第5,163,426号は、対象人間のその時点での内生サーカディアンサイクルの特徴（特性）を評価するステップと、（評価された特徴に基づき）該サーカディアンサイクルに所望の修正を加える為の刺激を前記現在の内生サーカディアンサイクル内において与える一又は複数の適切な回数を選択する工程と、前記サーカディアンサイクルに所望の修正を加える為に、前記その時点での内生サーカディアンサイクルに前記選択された回数で刺激を与える工程とを含み、これにより、その時点での内生サーカディアンサイクルを迅速に修正させて、対象人間の内生サーカディアンサイクルの大きさを十分に短縮させ得るように構成された人間の内生サーカディアンサイクルを所望状態に修正する方法を開示している。前記刺激は、好ましくは、明るい光線のパルスを有し、且つ、任意的に、強制的な一定期間の暗光の照射（an episod of imposed darkess）を備え得る。
【００１２】
前記方法における評価ステップは、対象者を半横臥姿勢とするステップと、対象者の身体活動を最少化するステップと、定期的に且つ短い間隔で対象者に少量の食事を与えるステップと、対象者を覚醒状態に維持するステップと、対象者の身体的なパラメータ（例えば、体温，自覚的な覚醒の程度，メラトニン分泌量及び尿量等）を測定するステップと、前記身体的パラメータを時間の関数として表示するステップとを含んでいる。サイクルをリセット又は修正する為に与えられる刺激の前後において使用されるサーカディアンサイクルのフェーズ及び大きさ（振幅）を評価する為の前記技術は、「コンスタントルーチーン（Constant Routine)」として知られており、サーカディアンフェーズの評価に伴う多くの不要要因を削除する。この方法は、下記に詳述する本発明の研究及び方法を含み、現存する多くのサーカディアンサイクルを評価及び修正する為の方法及び研究の一部を形成している。
【００１３】
前記ツェイスラー他の特許は、さらに、対象者のその時点でのサーカディアンサイクルの特性を評価するステップと、予め選択された時間に亘って明光のパルス（及び、任意的に暗光のパルス）をサーカディアンサイクル中において予め選択された回数だけ付与するステップとを含み、これにより、その時点でのサーカディアンサイクルの特性を、対象者にとって望ましいサーカディアンサイクルの状態となるように迅速に修正し得るように構成された対象者のサーカディアンサイクルを所望状態に修正する方法を開示している。人間のサーカディアンサイクルを評価し且つ所望状態に修正する為に使用されるファンデルポル式の二次微分方程式の形態をなし、且つ、（強制関数(forcing function)を有する）サーカディアン体内時計（ペースメーカー）の数学モデルも、前記ツェイスラー他の特許に教示されている。
【００１４】
サーカディアンサイクルを所望状態に修正する為の前記明光の刺激は、また、「強化照明(enhanced illumination)」及び「減退照明(diminished illumination)」として定義され得る。斯かる方法は、米国特許第5,304,192号に開示され、且つ、権利請求されている。
【００１５】
米国特許第5,545,192号は、人間は日周的な光反応を徐々に蓄積する傾向があり、サーカディアンフェーズの変位を引き起こす為に、長時間（例えば、５時間）に亘って高輝度光（例えば、10,000ルクス）を人間に対して照射する必要が無いことを開示している。この特許において、ツェイスラー他は、網膜への光の照射の増加は、強化光の照射に対してサーカディアン反応の伝達を引き起こす神経生理学又は神経液の一連の動きを開始させるに際し長時間を必要とし、且つ、このようなサーカディアンペースメーカーに対する強化光の生物学的な影響は、網膜への光の照射の減少後に、所定時間に亘って減衰軌跡が継続することを、開示する。このサーカディアンペースメーカーは、強化光の照射の後に暗闇（又は減退光）とされたとしても、以前の光刺激に対する減退スケールで反応する傾向にある。このような反応に基づき、ツェイスラー他は、明るい光線の断続的な照射は、明るい光線の継続的な照射とほぼ同様の効果を有することを開示した上で、人間のサーカディアンサイクルを所望状態に修正する為の他の方法を提案している。この方法は、少なくとも一つの低輝度光パルスによって分離される少なくとも二つの高輝度光パルスからなる断続的な光を対象人間に照射するステップを備えている。前記断続的な光の照射時間の約２０％は強化光を含む。他の特許と同様に、ツェイスラー他は、人間が日周的な光反応を集積するという研究成果をさらに進めて、サーカディアンペースメーカの数学モデルを開示している。
【００１６】
明光又は高輝度光（例えば、100ルクスから100,000ルクスの範囲の光）がサーカディアンサイクルに対して影響を及ぼすことは事実であるが、近年の研究は、サーカディアンサイクルが、画像形成の際には使用されない特定波長の光を感知する光受容体からの光入力を受光していることを示唆している。より詳しくは、近年の研究は、視床下部の交叉星状核（SCN）内に位置する哺乳類のサーカディアンペースメーカが特定の神経節細胞群からの（周囲の明暗サイクルを感知する為の）周囲光入力を受光することを示している。前記周囲光は、（松果腺リズム(pineal rythms)を含む）内生の２４時間リズムを周囲の２４時間明暗サイクルへ同調させ、これにより、周期的な生理学上の行動プロセスと周期的な環境要因との間の適切な時間関係を維持することができる。松果腺リズムの同調に加えて、光照射はメラトニン分泌を大きく抑制する。前記ＳＣＮへの光入力を監視する為に広く使用されている光誘起によるメラトニン抑制は、サーカディアン規則に関する眼神経生理学の解明に使用されている。
【００１７】
人間のサーカディアンペースメーカーは、たとえ対象者が完全な盲目であったとしても、眼への光照射に対して非常に敏感である。実際、ツェイスラー他は、完全に盲目な人及び特定の色覚が欠如している人に対して光誘起によるメラトニン抑制とサーカディアン同調との関係を実証している。総合すれば、この実証は、メラトニン調整が視覚又は画像形成用として知られている光受光体とは異なる光受光体によって（全てでは無いにしても少なくとも一部は）コントロールされていることを示唆している。過去の研究は、白色光によるフェーズのリセット反応の大きさが、光照射のタイミング，時間，回数及びパターンに依存するとしていた。しかしながら、近年の研究によって、特定波長（例えば、446nm〜483nmの範囲の短波長又は青色光）の単色光の照射が、今までは知られておらず且つ予期されていなかったが、フェーズ遅延及びメラトニン抑制に対して効果があることを示しており、これは、人間においては、視覚又は画像形成用の３種類の錐状体光受容システムとは異なるピーク吸光度を有する特定の光受光体がメラトニン抑制及びサーカディアンフェーズ変位に対して主として作用し得ることを示している。実際、人間のサーカディアンペースメーカのピーク感度は約555nmであり、３種類の錐状体光受容システムよりも青色側へシフトされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、サーカディアンサイクルのフェーズを変位させる４つの新規な方法を用いて青色光又は短波長光に対するサーカディアンペースメーカの感受性を明らかにすることを目的とする。
本発明は、人間のサーカディアンサイクルを所望のサーカディアン又は活動−休止スケジュールに効果的に且つ効率的に修正する為に前記研究結果を利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を達成する為に、本発明は、現在のサーカディアンサイクルの特徴を評価するステップと、所望のサーカディアンサイクルの特徴を決定するステップと、対象者の現在のサーカディアンサイクルに所望の修正を加える為に、短波長を有する光を含む光刺激を該現在のサーカディアンサイクルに対して与えるべき適切な時間を選択するステップと、対象者の現在のサーカディアンサイクルを前記所望状態に修正する為に前記選択された時間で前記光刺激を与えるステップとを含む人間のサーカディアンサイクルのフェーズ及び振幅を所望状態に修正する方法を提供する。
【００２０】
他の態様において、本発明は、対象者にとって望ましい所望の内生サーカディアンサイクルの特定を決定するステップと、対象者の現在の内生サーカディアンサイクルに所望の修正を加える為に、減退光(reduced light)の少なくとも一つのパルスによって分離される短波長の少なくとも二つのパルスからなる一定時間の断続光の照射(an episode of intermittent light)を含む光刺激を該現在のサーカディアンサイクルにおける生理学上の指標である推測フェーズに対して与えるべき適切な時間を選択するステップと、対象者にとって望ましい前記所望の内生サーカディアンサイクルを得る為に前記選択された時間で前記光刺激を与えるステップとを含む人間のサーカディアンサイクルを所望状態に修正する方法を提供する。
【００２１】
本発明における研究結果及び方法は、シフトワーカー又は子午線を超える旅行者及び睡眠関連障害又は季節性情動障害の影響を受けている人のサーカディアンサイクルをより効果的に且つ時間及びエネルギーに関しより効率的に修正する為に利用され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
人間のサーカディアンサイクルを評価及び修正する数種の方法はツェイスラー他に付与された米国特許第5,163,426号，第5,167,228号，第5,176,133号，第5,304,212号及び第5,545,192号に開示され且つ権利請求されており、これらの開示事項は参考として本明細書に組み込まれる。人間のサーカディアンサイクルは前記米国特許に記載の方法によって評価され且つ修正され得るが、人間のサーカディアンサイクルは、メラトニン抑制に主として作用する光受容体が短波長又は青色波長の方向へシフトされたピーク吸収度を有するという研究成果を踏まえた上で前記方法を修正することによって、より効果的に且つ有効に評価及び修正され得る。
【００２３】
前述のように、視床下部の交叉星状核（SCN）内に位置する哺乳類のサーカディアンオシレータは、光受容網膜神経節細胞の特定の一部からの周囲光入力を受信する。この光情報は、周期的な生物学上の行動プロセスと周期的な環境要因との間の適切な時間的関係を維持する為に、内生の略２４時間リズムを周囲の２４時間明暗サイクルに同調させる。人間のサーカディアンペースメーカは、たとえ完全な盲目であったとしても、眼への光照射に非常に敏感である。白色光に対するリセット反応の大きさは、光照射のタイミング，強度，時間，回数及びパターンに依存することが示されている。波長依存性は、ヘースティングス及びスウィーニーによる生殖研究において単細胞藻類においてはサーカディアンの光フェーズをリセットさせる固有の性質として４０年以上に亘って実証されているが、人間に対しては未だ体系的な調査はなされていない。
【００２４】
実施例
人間が非画像形成の際に（視覚的に）反応する作用周波数帯は、光誘起メラトニン抑制用のスペクトル感度（8max  446nm〜483nm）中に短波長ピークを示し、且つ、光順応後の網膜電図（ERG）ｂ波動の待ち時間を示している。しかしながら、人間のサーカディアンペースメーカのフェーズを変位させ得るような類似のスペクトル感度が存在するか否かは知られていない。そこで、我々は、松果腺リズムのタイミングによって示される人間のサーカディアン光フェーズのリセットに対する単色波長の影響をテストする為に古典的な光生物学技術を用いた。メラトニン抑制反応の相対的効力に基づき、我々は460nmの波長の単色光が555nmの波長の光照射に比して、より大きなフェーズ変位を引き起こすであろうとの仮説を立てた。
【００２５】
方法
我々は、ブリガム・ウィメンズ病院（BWH）の集中生理機能監視ユニットにおいて16体の健康な人（女性8人及び男性8人、平均年齢±標準偏差＝23.3±2.4才、年齢範囲19〜27才）について実験した。この研究は、BWHの人間研究委員会及びトーマスジェファーソン大学によって認証されており、試験対象の人々からは試験前に書面による承諾書を受け取った。全ての人々に包括的な身体的検査，心理学的検査及びイシハラ式色盲検査を含む眼科的検査を行った。試験対象者は、時間に関する合図無しの状況下で9日間検査され、且つ、単色光の照射の前後において、後述する2回のコンスタントルーチーンの間のメラトニン分泌の特徴を監視することによって、サーカディアンフェーズ評価を行った。2日目から30分毎に、且つ、単色光の照射期間においては20分毎に、血漿(plasma)を採取した。血漿の採取が不完全であった試験対象者については、1時間毎の唾液メラトニンで代用した。メラトニンは、直接放射免疫測定（RIA）（ALPCOダイナスティック、ニューハンプシャー州）で分析を行った。変動に対する血漿の内部分析効率及び相互分析効率（CV）は、1.94pg/ml及び16.59pg/mlにおいてそれぞれ9％未満及び11％未満であった。唾液の内部分析効率及び相互分析効率（CVs）は、1.65pg/ml及び16.57pg/mlにおいてそれぞれ15％未満及び16％未満であった。
【００２６】
白色光の照射によって明確なフェーズ遅延が引き起こされるフェーズ（時間帯）である最低体温の平均約6.75時間前に対応させて、各試験対象者の基本日においてそれぞれの起床時間の9.25時間前から開始して、単色光の照射を6.5時間行った。この単色光刺激は、1200ワットのアークランプ式回折格子単色分光器及び全体野照射システム（ドーム(dome)）によって発生させた。ブライナード他による「人間におけるメラトニン調整用の作用スペクトル」（2001年）、新規なサーカディアン光ジャーナル神経科学21巻：6405-6412参照。スペクトル特性は、PR-650スペクトラスキャン比色計（CR-650、フォトリサーチ社、カリフォルニア州）を用いて確認した。
【００２７】
光照射前の1.5時間及び光照射を行っている間、試験対象者を着座させ、且つ、照射の15分前に瞳孔の拡張薬を投薬し、その後、試験対象者に光照射を行うまで暗幕ゴーグルを装着した。光照射を行っている間、試験対象者を継続的に観察し、且つ、全体野ドーム内において90分の視線固定状態と10分の視線自由状態とのサイクルを維持させた。試験対象者は、格子密度が同一（2.8×1013photon/cm2/s）の460nm（8人）又は555nm（8人）の単色光（±10nm半ピーク帯域幅）の何れかを無作為に照射した。放射照度は、IL1400放射計及びSEL-033/F/W検出器（インターナショナルライト社，マサチューセッツ州）を用いて測定した。視線自由状態の間の、眼高での放射照度は約1μW/cm2であった。
【００２８】
フェーズ変位（平均値±標準偏差）は1回目のコンスタントルーチン及び2回目のコンスタントルーチンにおいて、それぞれ、メラトニンリズム測定の初期フェーズ及び最終フェーズの間の時間差として算出した。メラトニン測定のフェーズは、1回目のコンスタントルーチンの間のメラトニンリズムにおける３調和最高・最低値の差異の25％（DLMO25%）を基準として算出される暗光メラトニン開始（DLMO）として定義した。メラトニン抑制（平均値±標準偏差）は、1回目のコンスタントルーチンにおける以前のメラトニンサイクルの期間の対応する測定時間と比較して、台形方式を使って計算された曲線（AUC)より下方の領域における光照射の間のメラトニン測定値の差異から算出した。有意性については、片側検定のｔ検定を用いて評価した。
【００２９】
結果
サーカディアンフェーズのリセット
単色光の照射は、全ての試験対象者においてメラトニンリズムのフェーズ後退を引き起こした。図１は、波長460nm又は555nmの単色光を6.5時間照射した後のメラトニンリズムと血漿（Ｘ）又は唾液のフェーズ後退シフトとの関係を示すグラフである。従来の研究によればフェーズ後退は否定されている。上方の破線は、サーカディアン周期に起因するフェーズの平均的なズレ（変位）を示している。下方の破線は、同様の試験対象者に、散瞳（即ち、長時間連続した瞳孔の拡張）無しの状態で同じサーカディアンフェーズにおいて10,000ルクスの多色白色光を6.7時間照射した後の平均的なフェーズ変位を示している。
【００３０】
図１に示すように、460nm単色光を6.5時間照射すると、555nm単色光を照射した場合（-1.67±0.73時間）に比してより大きなフェーズ後退変位が生じた（-2.98±0.50時間）（確率(p)<0.0006）。サーカディアンサイクル（τ＝24.2時間の場合、-0.4時間）に起因するフェーズの変位を調整する場合には、460nmの波長の光は、555nmの波長の光に比して、光子密度が2.8×1013photons/cm2/sと同一であるにも拘わらず、２倍の大きなフェーズ変位を引き起こした。
【００３１】
メラトニン抑制
図２は、単色光の6.5時間の照射前の２時間、照射中（ボックス領域）、及び照射後の４時間における試験対象者のメラトニンを、第１メラトニンコンスタントルーチン（25%＝DLMO25%）における各個人のピーク値に対して正規化したものを示すグラフである。図２に示すように、460nmの単色光が照射された全ての試験対象者は、6.5時間の光照射（65-96%の範囲）の間において、少なくともメラトニンAUCの65%が抑制された。555nmの単色光（0-88%）が照射された試験対象者においては、メラトニン抑制はバラツキがあり、２人についてはメラトニンが抑制されなかった。平均すると、460nm単色光を6.5時間照射された試験対象者は、555nmの単色光を照射された試験対象者の場合（39.1±34.1%、対象者8人）に比して、より大きなメラトニン抑制が生じた（87.7%±11.0%、対象者7人）（p=0.0021）。反応の時間的経過についても２つのグループでは異なった。図２の上側のグラフに示すように、460nmの単色光は、照射開始から3.21時間経過後にDLMO25%のレベルへ戻った1人を除く全ての試験対象者に対して照射の間の全期間に亘ってメラトニンを抑制することができた。これとは逆に、図２の下側のグラフに示すように、555nmの単色光が照射された試験対象者は1人を除き、DLMO25%までに抑制することができないか、若しくは、約2.6時間経過の後にDLMO25%まで戻った（3人はDLMO25%まで抑制することができず、一方、4人は約2.6時間経過（0.46時間，2.51時間，3.16時間及び4.19時間）後にDLMO25%まで戻った。このように、フェーズ変位及び抑制反応は多色白色光と密接な相関性があった（相関性(r)＝0.88、p<0.05）。
【００３２】
検討
前記実施例の結果は、人間のサーカディアンリズムのフェーズ変位における光作用は波長依存性を有しており、且つ、人間のサーカディアン体内時計は可視光である長波長（555nm）よりも短波長（460nm）に対してより敏感であることを示している。２つの光照射における光子束（photons/cm2/s）は、460nm及び555nmの単色光（図１）の照射後の反応において観察された相違とは関係していない。従って、サーカディアン光受容システムは、単に光子量を測定したり又は光子量の平均値を測定するのではなく、むしろ特定波長の光エネルギーの照射に依存している。感知性が可視光よりも青色側へシフトしていることは、光視覚又は画像形成システム（即ち、網膜錐体に対してのみ影響を与える明光に対する視覚）が内生のサーカディアンオシリエータのフェーズ変位を引き起こす主要な光受容体システムではないことを示している。しかしながら、サーカディアン同調プロセスに際し、色覚の際に作用するものとは異なる他の３種錐状体入力による錐状体作用メカニズムがどうなっているか及びかん状体による何らかの貢献があるかについては、明らかにされていない。図１においてグラフ化されたデータによって示すように、２つの単色光照射の照度は、フェーズ変位の大きさに対して関連性を有さず、これは、明所視システムがサーカディアンフェーズ変位反応の主要な役割を果たすものではないことを示している。さらに、図１に示すように、このデータからその可能性は否定され得ないが、比較的暗い照度の単色光の照射は、前記フェーズ変位の大きさが単に暗所視システム（光受容体としての網膜のかん状体を含む暗所視）のみによっては説明されそうにないということを示している。多色光を用いた研究は、明所視光受容体システム及び／又は暗所視光受容体システムがサーカディアンのリセット及びメラトニン抑制に寄与することを結論づけているが、それらは、同一光子密度の単色光照射を同時に行っておらず、且つ、サーカディアンフェーズを制御しておらず、従って、これらの結果は混同した解釈を招いている。
【００３３】
画像形成の際に用いられる３種錐状体明所視システム(three-cone photopic system)がサーカディアン光反応の主とした情報伝達媒体ではないという研究成果は、（ツェイスラー他及びルバーグ他による）白色又は緑色光の照射に対しては正常なサーカディアンフェーズ変位及びメラトニン抑制の反応を維持する盲目者及び赤-青に対する色盲者に対する従前の研究結果と一致する。この結果は、さらに、新規は非古典的視覚光色素が前記反応の主要な情報伝達媒体である可能性があることを結論づけたブレイナード他(2001)によって証明された人間の非サーカディアン・非画像形成眼反応の際の作用スペクトルと一致する。前記結果は仮説と一致するが、これに代わる光受容体メカニズムを反証していない。6.5時間に亘るメラトニン抑制過程における光照射の際の波長及び照射時間の相互作用についての前記観察は、この効果を引き起こす光受容体を解明する手段を提供し得る。460nm光の照射は、少なくとも6.5時間の間に亘って継続的にメラトニン抑制を生じさせることを示している。その一方、555nmの単色光照射の間のメラトニン抑制の減衰は、数時間後においてはメラトニン抑制作用がもはや十分ではないことを示している。前記波長及び放射照度（10.0φW/cm２）での光変換信号は下降するか、若しくは、松果腺の抑制に対する感度が悪化する。光受容体レベルにおいて、1)長時間に亘る光照射の結果として、一つの（おそらく新規な）光受容体の感度に対する時間依存性及び波長依存性が変化する、及び、2)一定の単色光を照射した際の反応を維持する為に、能力の異なる２つ（又はそれ以上）の光受容体システムが関与する、という少なくとも２つの研究成果に関する可能性のある説明が成り立つ。
【００３４】
前記結果は、視覚障害を有する動物を含むかん状体が支配的な網膜を有する夜行性哺乳類に対する類似の研究結果とも一致する。この類似の研究結果は、全ての研究が同意するものではないが、従来から判明しているかん状体情報伝達光受容体（rod-mediated photoreception)及び／又はすい状体情報伝達光受容体(cone-mediated photoreception)は非画像形成の際の眼作用には必要とされないことを示唆するものである。他の者は、これらの反応が行動的な反応に対する作用スペクトルに基づき、オプシンによって情報伝達されていると提案している。人間の網膜内において交叉星状核に向けて突出する網膜神経節細胞の大多数には、新規なオプシン、即ち、メラノプシンが存在する。これらの細胞は、ネズミにおいては、かん状体が支配的なネズミ／かん状体のみを有するすい状体無しネズミ（8bax 479nm）の瞳孔反射における瞳孔反応と近似して、484nmの8baxに対して直接的な感光性を示す。なお、野生動物においては、長波長に対してもう少し敏感かもしれない。従って、メラノプシンは、サーカディアン光受容体の最有力候補である。植物において青色光の検知に用いられる黄色酵素（flavoproteins)で且つ下級有機物であるクリプトクロム（cryptochromes）は、サーカディアン反応に用いられる光検知作用を有しており、哺乳動物におけるサーカディアン光色素として提案されている。メラノプシン又はクリプトクロムが欠如している気絶状態のネズミに対する最近の研究はサーカディアン瞳孔反射反応の減衰を示している。但し、これらの可能性のある光受容体が互いに不必要であるか否か、及び、かん状体及び／又はすい状体がこれらの動物に観察される反応に対して寄与しているか否かに関しては議論がある。ありのままの野生動物においてそのような余剰物が持続されるか否か、及び、異なる視認用光受容システムを備えた昼行性動物において類似のシステムが存在するか否かについては、研究の余地がある。網膜神経分布を指揮する為の、例えば、直接光の入力によって刺激又は抑圧される細胞に応じた交叉星状核の機能的な反応に関しては、昼行性動物及び夜行性動物の間に種々の相違点が存在する。
【００３５】
前記実施例の結果及び他の類似の研究は、人間のサーカディアン体内時計に対してフェーズ変位を行う為には、高エネルギ白色光に比して、短波長光がより効果的であり且つよりエネルギ効率が良いであろうことを示している。この結果は、サーカディアンリズム睡眠障害を治療する為、若しくは、人間のサーカディアンサイクルを明期又は変化された周囲のスペクトルに迅速に適応させる為に適用され得る。最適なバランスの波長の光を照射することは、光照射の治療的使用に伴う、まぶしさ，視覚的な不快感，頭痛及び吐き気等の望ましく無い副作用を低減させ得る。
【００３６】
照明業界及び医療研究団体で使用されている照度の基準単位であるルクスは、サーカディアンシステム又はメラトニン抑制に対する影響を評価する際には不適切であることは、前記実験の種々の影響によって立証されている。なぜなら、ルクスは測定される光が視認用の３種の錐状体光受光システムと同じスペクトル（波長）分布を有していることを前提としているからである。前述した研究成果は、サーカディアンリセットの大きさに対する光性駆動を評価する際に前記前提が不適切であることを立証している。サーカディアンリズム睡眠障害を治療する為の光の測定及び使用には、照射のタイミング，回数及びパターンに加えて、波長及び放射照度を考慮すべきである。
【００３７】
１．短波長に関する実験結果を用いた方式及び数式モデル
ツェイスラー他に対する前記参考特許と同様に、前述した例示の研究成果は、内生のサーカディアン体内時計のフェーズ及び振幅を評価し且つ迅速な修正を行う為に、並びに、目が覚めている状態での覚醒の程度及び行動性を刺激及び抑制する為の方法及びモデルに組み込まれ得る。詳しくは、本明細書に開示され且つ組み込まれるツェイスラー他に対する前記特許における全ての方法は、単色短波長光（青色光）がメラトニン抑制、従って、サーカディアンサイクルに対して影響を有するという研究成果を踏まえるように改良又は精錬され得る。
【００３８】
好ましくは、人間のサーカディアンサイクルのフェーズ及び振幅を所望状態に変更する為の一つの方法は、（１）現在のサーカディアンサイクルの特徴を評価するステップと、（２）所望のサーカディアンサイクルの特徴を決定するステップと、（３）対象者のサーカディアンサイクルに関し該サーカディアンサイクルに所望の変更を加える為の光刺激を与えるべき適切な時間を選択するステップと、（４）対象者の現在のサーカディアンサイクルを所望状態に変更する為に前記選択された適切な時間で光刺激を加えるステップとを含み得る。前記光刺激は、500nm以下の短波長の光の所定時間（episode）又はパルスの照射によってなされ、好ましくは、446nm〜483nmの波長の単色光とされる。前記光刺激は、任意的に、強制的な暗光の所定時間又はパルスの照射を含み得る。本発明において、前記強制的な暗光の所定時間の照射又はパルスの照射は、好ましくは、対象者を暗室に位置させること、若しくは、対象者に僅かな強さの微少光（例えば、10ルクス以下の白色光）又は600nm以上の長波長を有する単色光又は長波長光を有する多色光からなる白色光を照射することを含み得る。
【００３９】
当業者は、前記短波長光の「パルス」又は「所定時間（エピソード）」は、秒単位又は分単位から時間単位又は日単位までの範囲を持った短い又は延長時間を含み得ることに留意すべきである。対象者の現在のサーカディアンサイクルをどのように変更すべきかに依存して、前記強制的な暗光の所定時間又はパルスの照射についても同様である。さらに、前記光の所定時間の照射には、複数回のパルスが含まれ得る。さらに、各光刺激は、サーカディアンサイクルに所望の変更を生じさせる為に、一度若しくは数時間又は数日に亘って付加され得る。
【００４０】
参考として本明細書に組み込まれるツェイスラー他の特許に開示された方法と同様に、現在のサーカディアンサイクルの評価及び短波長光によって形成される光刺激の適用時間は、（内生のサーカディアン体内時計の状態を隠す睡眠−休憩サイクルに関連した行動混同要因を除去するコンスタントルーチンデータから集められ得る）実験的に導出される又は基準のフェーズ反応データを参照して、若しくは、内生のサーカディアン体内時計が２つの補完一次微分方程式に変換されるファンデルポル式（van der Pol type）の二次微分方程式で表される数式モデルを用いて選択され得る。短波長光のサーカディアンサイクルへの効果を認識し且つ利用している本発明においては、前記数式モデルは、クローナ  アールイー，フォーガー  ディービー及びジェウェット  エムイーによる「短い，延長及び繰り返された明所視範囲を超えた光刺激に対する人間のサーカディアン体内時計反応」（1999年）（ジャーナル  バイオリズム14(6)の500-537参照。この文献は参考として本明細書に組み込まれる）において開示された「動的刺激モデル（dynamic stimulus model）」の形式を採用している。前記動的刺激モデル（プロセスＬ）は、自続リミットサイクル型オシリエータ（プロセスＰ）として光刺激及びサーカディアン体内時計の古典的な説明とを関連づける。プロセスＬ及びプロセスＰが組み込まれた全体のモデルは、（時間延長された光の照射及び短い期間の光の照射等の）種々の時間的なパターンＬ及び明所視範囲での種々の光度の光刺激に対するフェーズ変位の予測を可能とするように意図されている。プロセスＬモデルでは２つの時間定数がはっきりする。それらは、完全な効果を得る為に必要なパルスの特性継続時間と、フェーズ変位において過度の問題を招くこと無しに許容される刺激無しの特性インターバル時間である。光度の減衰による影響は、認識されるべき光の必要な時間延長としてプロセスＬに組み込まれている（時間及び光度の間の指数法則関数）。前記動的刺激モデルは、サーカディアン体内時計を数式モデル化し且つ修正又はリセットを促進させる為に、スペクトル検出関数を定義した後の種々の波長の単色光又は種々のスペクトル構成の光と共に使用され得る。
【００４１】
人間のサーカディアンサイクルを所望状態に変更する為のさらに他の方法は、（１）人間対象者に対する所望の内生サーカディアンサイクルの特徴を決定するステップと、（２）現在のサーカディアンサイクルに所望の変更を加える為に、対象者の現在の内生サーカディアンサイクルの生理学的指標の推測フェーズに対して光刺激を与えるべき適切な時間を選択するステップと、（３）対象者にとって所望のサーカディアンサイクルを得る為に前記選択された時間で光刺激を与えるステップとを含む。前記光刺激は、少なくとも一つの減退光によって分離された少なくとも二つの短波長光からなる断続的な光の照射を含む。短波長光は500nmよりも短い波長とされ、好ましくは、446nm〜483nmの単色光とされる。一方、減退光は、最小強度の光（例えば、10ルクス以下の白色光），（600nm以上の長波長を有する単色光又は長波長光を有する多色光からなる白色光とされる。
【００４２】
当業者は、用途によっては、特定の短波長（即ち、青色光）の光刺激は、サーカディアンサイクルを所望の活動−停止スケジュールに適合させることを同時に試みつつ、日常の仕事を実行するには好ましくない（例えば、光が十分には明るくない若しくは光色が適切ではない）ことに留意すべきである。この理由の為に、本発明に係る方法の光刺激は、短波長光（又は、サーカディアンフェーズを修正する為に適切な他の波長の光）からなる（視覚的により満足させ且つ適切な）実質的に白色とされる多色光を備え得る。さらに、対象者に与えられる光は、好ましい青波長光に限定される必要はなく、メラトニン抑制に効果があり、サーカディアンサイクルのフェーズ変位に有効な波長を有する光とされ得る。
【００４３】
さらに、光は必要であるがメラトニン分泌の抑制又はフェーズ変位は望まれない又は不適切な時間帯においては、長波長からなる光が採用され得る。例えば、（排尿が必要な場合等の）生物学的作用が睡眠を中断させる場合には、該生物学的作用を行うに十分な光を供給するが、メラトニン分泌の抑制を防止する為に長波長光（例えば、黄色、オレンジ色又は赤色光）を放つ光源が利用され得る。本発明の技術的範囲及び思想には、１）メラトニン分泌を抑制し且つサーカディアンフェーズをシフトさせる為の短波長光、及び、２）メラトニン分泌を促進させる為の長波長光の使用を含む方法が含まれる。さらに、本発明は、フェーズ変位を保護又は現存のサーカディアンサイクルのフェーズの維持の為に、長波長光（黄色，オレンジ色又は赤色波長光）を使用することを包含する。
【００４４】
２．短波長光の照射に基づく方法及び数式モデルを利用した用途
（短波長（青色）光の照射がメラトニンの抑制に直接的に効果があり、これにより、サーカディアンサイクルに対して影響を与え得ることを示す）本発明の方法及び研究成果は、時差，夜間仕事への適用の困難性，フェーズ遅延又はフェーズ前進睡眠障害，及び／又は季節性情動障害を治療する為に人間に適用され得る。
【００４５】
一般的に、2,000〜12,000ルクスの範囲の光は、季節性情動障害，睡眠障害，非24時間睡眠・覚醒障害及び他のサーカディアン障害を治療すべくサーカディアンサイクルを修正する為に使用され得る。これらの光レベルは治療には有効であるが、多くの治療対象者は眩しさ，眼疲労，眼の痛み及び頭痛等の副作用が生じると不満をもらす。さらに、前記レベルの光を発生させる装置は、大エネルギー量を要し且つサーカディアンサイクルにおいて所望の変化を得る為に時間を要する。
【００４６】
前述した短波長光を利用した方法に従ってサーカディアン障害を治療することによって、治療装置からの放射波長が最適化され、これにより、全体の照度を低減させ、且つ、前記副作用及び不満を防止させることができる。
【００４７】
近代の工業化された社会では、周囲の環境に対する視機能，視覚快適さ及び鑑賞力をサポートする為に、家庭，教育機関，仕事場及び公共施設において照明が使用されている。照明が人間のサーカディアンサイクルに対して影響力のある調整器として作用する点を考えれば、本発明に係る方法は、サーカディアン反応の為のみならず人間の視覚反応の為の照明を提供する為にも利用され得る。本明細書で記載したように、人間は、光に対する視覚反応及びサーカディアン反応に対して別の光受容体を有している。本発明は、建築上の照明と共に、（特定強度又は照度の光によって）視覚システム及び（特定の（短）波長光によって）メラトニン抑制システムの双方に効果的に且つ時間及びエネルギー的に効率的な方法で最適な刺激を与えるという治療に対する新規なアプローチを提供する。
【００４８】
本明細書において開示した研究結果に基づく光又は光スキームは、短波長光を用いることによって時間シフト作業者が夜間勤務スケジュール及び対応する休息スケジュールに適応することを助ける為に、仕事場において使用され得る。もちろん、前記光は、視覚又は画像形成の明所視システムの要求を満たすように構成されなければならず、従って、仕事場においては異なる時間において異なる波長の光、又は、短波長光からなり実質的に白色とされた多色光を提供し得る部屋を備えることが望ましい。同様の照明プランは、時差又は他の睡眠障害を防止する為に子午線を超えて飛行する飛行機、若しくは、他の睡眠障害又は感情障害を治療する為の装置にも適用可能である。
【００４９】
３．装置
当然ながら、参考として本明細書に組み込まれるツェイスラー他の特許に開示された天井灯，自立型ランプ，帽子，バイザー又はライトボックス等の種々の装置に、短波長の光を放射するランプ、又は、短波長光を適切な割合で有する多色からなる白色光を放射するランプを備えることができる。
【００５０】
本発明における好ましい短波長光を生成する為の装置は、特別な構成が備えられたアークランプ、又は、適切なスペクトルフィルターを用いて製造され得る。
【００５１】
446nm〜483nm（又は他の波長）の単色光を適用する為のさらに他の装置及び方法は、国際公開公報WO/02/20079A1及び米国公開公報US2001/0056293A1に開示されており、これらに開示されている事項は、本明細書に参考として全体的に組み込まれる。これらに記載の装置は、本発明の方法を実施してサーカディアンフェーズの修正又はリセットを実現する為に使用され得る。
【００５２】
前記装置及び用途に拘わらず、サーカディアンフェーズをリセットし又はサーカディアンサイクルを修正する為に短波長が有効であることに基づく本発明の方法及び研究結果は、修正能力を効果的に且つ時間／エネルギー的に効率的に評価し、又は、人間のサーカディアンサイクルを所望状態に変更する為に仕様され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、460nm及び555nmの単色光の照射後におけるサーカディアンフェーズの遅延変位を示すグラフである。
【図２】図２は、460nm及び555nmの単色光の照射前，照射中及び照射後における対象者のメラトニン分泌量の変化を示すグラフである。
【図１】
2007534349.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
2007534349.tif 000005