顧懷宇
一方面能夠開(kāi)拓LED的應(yīng)用領(lǐng)域,提高其應(yīng)用價(jià)值,從而開(kāi)發(fā)出有別于或超越傳統(tǒng)功能的照明設(shè)備新產(chǎn)品;另一方面,通過(guò)對(duì)其機(jī)制的研究能夠促進(jìn)人類進(jìn)一步認(rèn)識(shí)自己,了解并改善大腦的學(xué)習(xí)記憶功能體系,提高學(xué)習(xí)生活和生命的質(zhì)量,這也是人類文明進(jìn)步的象征。
一直以來(lái),人們采用了多種方法和藥物來(lái)嘗試改善大腦的學(xué)習(xí)記憶功能。而近年來(lái),隨著有關(guān)研究的深入,人們發(fā)現(xiàn),光作為大自然中存在的基本物質(zhì),在一定的設(shè)計(jì)條件下對(duì)學(xué)習(xí)記憶的改善有所幫助。另一方面,新型光源LED的問(wèn)世和有關(guān)技術(shù)不斷完善,為這個(gè)問(wèn)題的深入研究提供了新的光源選擇。但是,目前利用LED照明改善學(xué)習(xí)記憶的詳細(xì)機(jī)制和具體方法尚不清楚,這成為今后研究的核心。
用光來(lái)改善學(xué)習(xí)記憶能力
由于人腦結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性以及技術(shù)手段發(fā)展的局限性,我們對(duì)學(xué)習(xí)和記憶的自然原理還知之甚少,目前的研究認(rèn)為,學(xué)習(xí)和記憶實(shí)質(zhì)上是人完成信息傳遞和處理問(wèn)題的過(guò)程,該功能的實(shí)現(xiàn)受到多種因素包括先天(遺傳)和后天(環(huán)境)的共同影響。
生理性衰老和多種疾?。òㄒ呀?jīng)發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)疾病、顱外損傷以及心臟、血液等內(nèi)科性疾病等)均可導(dǎo)致學(xué)習(xí)和記憶障礙。癥狀較輕者,有一定程度的學(xué)習(xí)記憶功能減退;而癥狀較為嚴(yán)重,則可能導(dǎo)致癡呆,如我們熟知的老年性癡呆。
怎么改善記憶功能呢?科學(xué)工作者們提出了一些建議,并精心鉆研于斯。
最新的一個(gè)方案是:用光來(lái)改善學(xué)習(xí)記憶能力。
人們常說(shuō)的發(fā)光二極管(Light Emitting Diode)簡(jiǎn)稱LED,是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件。它作為人工光源技術(shù)革新的產(chǎn)物,改變了舊有光源的發(fā)光原理,采用電場(chǎng)發(fā)光的方式直接把電能轉(zhuǎn)化為光。
LED被公認(rèn)是繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代光源。由于其具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、低輻射和低功耗等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于日常生活中的移動(dòng)通訊、城市景觀照明、汽車燈、交通信號(hào)燈、室內(nèi)外普通照明等多種照明領(lǐng)域。
作為一種新型光源,LED在人類照明史上具有重大意義并能夠廣泛應(yīng)用的最突出原因在于,這是人類第一次可以對(duì)光譜進(jìn)行調(diào)試,設(shè)計(jì)出具有不同的配光方案的LED光源,使之進(jìn)一步滿足人類需求。
伴隨技術(shù)的改革,全光譜LED的出現(xiàn)及其性能的逐步完善,使LED的光譜設(shè)計(jì)不僅可以產(chǎn)生某些波長(zhǎng)穩(wěn)定的單色光,也可以進(jìn)一步通過(guò)編程技術(shù)設(shè)計(jì)出不同頻率和強(qiáng)度變化組合的一定時(shí)段的光刺激。
以這些為技術(shù)基礎(chǔ),設(shè)計(jì)出特定的LED光源,便有可能達(dá)到調(diào)控有關(guān)神經(jīng)活動(dòng)的作用,實(shí)現(xiàn)人們對(duì)學(xué)習(xí)記憶功能進(jìn)行改善的愿望。
光對(duì)情緒的調(diào)節(jié)作用間接改善記憶
隨著現(xiàn)代節(jié)奏的加快,人們的工作壓力越來(lái)越大。如何調(diào)節(jié)情緒越來(lái)越被我們所關(guān)注。由于LED的可調(diào)節(jié)性,有人提出可在LED的基礎(chǔ)上創(chuàng)建情調(diào)照明。這是一種以人的需求來(lái)設(shè)計(jì)燈具的照明理念。
情調(diào)照明是以人的情感為出發(fā)點(diǎn),從人的角度去創(chuàng)造一種意境般的光照環(huán)境,可以改善人的情緒。
情調(diào)照明與情景照明有所不同,環(huán)保、節(jié)能、健康和人性化是情調(diào)照明的四個(gè)主要方面,它是動(dòng)態(tài)的,可以滿足人的精神需求的照明方式,使人感到有情調(diào);而情景照明是靜態(tài)的,它只能強(qiáng)調(diào)場(chǎng)景光照的需求,并不能表達(dá)人的情緒,并且從某種意義上說(shuō),情調(diào)照明可以涵蓋情景照明。因此,LED照明可能會(huì)成為今后現(xiàn)代人調(diào)節(jié)情緒、舒緩壓力的一種方式。
有研究指出,適當(dāng)?shù)乃{(lán)光照射能改善抑郁病患者的癥狀,對(duì)情緒產(chǎn)生影響,所以尋找適當(dāng)?shù)墓獯碳な悄壳袄霉庹罩委熞钟舭Y等精神疾病所需要的。
此外,良好的情緒能夠促進(jìn)我們的學(xué)習(xí)記憶能力,如果掌握了光照與情緒之間的相互作用關(guān)系,就能造出改善情緒的光源,并由此提高我們的智力。以上提到的通過(guò)LED營(yíng)造的情調(diào)照明為這種理論提供了實(shí)踐可能。
如果能尋求到一種特定頻率的LED光,并按照一定規(guī)律照射人眼,可能使人的學(xué)習(xí)記憶環(huán)路有所改善,進(jìn)而使人變得更聰明。這個(gè)設(shè)想可應(yīng)用到日常的學(xué)習(xí)工作行為,例如提高辦公室照明的色溫和照度,這樣能提高辦公人員的工作效率等。
具體應(yīng)用
LED光源具有其他光源所缺乏的卓越性能,在智能化調(diào)節(jié)光源的過(guò)程中,它會(huì)發(fā)揮出極其重要的作用。
不同于以往光源,它是通過(guò)電流實(shí)時(shí)控制的,因此能滿足調(diào)整學(xué)習(xí)記憶和情緒過(guò)程中對(duì)光源瞬時(shí)改變的要求。此外,如果合理調(diào)整分配LED光源中不同色光的成分和比例,就能使LED的色彩還原程度更高,增加其光譜調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)性。
已有研究表明,在某些特定波長(zhǎng)的單色光照射下,人能夠更專注于自己所做的事。比利時(shí)和英國(guó)的科學(xué)家在讓志愿者進(jìn)行一個(gè)測(cè)試記憶力任務(wù)的同時(shí)掃描其大腦活動(dòng),發(fā)現(xiàn)在470nm的藍(lán)光照射下,志愿者腦中與記憶力相關(guān)的大腦區(qū)域活動(dòng)明顯增強(qiáng),說(shuō)明這一單色光可以提高人的警覺(jué)性和記憶力。
另有研究證明,當(dāng)用不同單色LED光源對(duì)孕鼠進(jìn)行照射時(shí),各組小鼠學(xué)習(xí)記憶能力均有不同程度的改變,藍(lán)、紅、黃色光可以明顯提高其子鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力。但是,高強(qiáng)度藍(lán)光照射下人眼暴露時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),否則長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)光刺激有可能使眼睛功能弱化甚至失明。因此,在利用LED這一新型光源為人類創(chuàng)造有益價(jià)值的同時(shí),要注意避免其負(fù)面影響,使光源的設(shè)計(jì)滿足其他光生物安全的相關(guān)要求。
中山大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)研究中心嘗試采用非藍(lán)光譜段的光源研究對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶功能的影響,在兼顧了人眼安全的條件下取得了突破性成果,雖然這僅僅是在起步階段的嘗試,但卻對(duì)我們研究如何改善大腦學(xué)習(xí)記憶功能的工作有重要的提示作用,說(shuō)明在LED光源的幫助下,我們?cè)O(shè)計(jì)出一種具有相應(yīng)療效的光環(huán)境是有實(shí)現(xiàn)的可能性和研究工作的可行性的。
另一方面,在疾病治療的應(yīng)用中,國(guó)外有研究表明,高強(qiáng)度的藍(lán)光能重塑大腦中的某些學(xué)習(xí)記憶環(huán)路。實(shí)驗(yàn)讓患有老年性癡呆癥的患者在照度1000 lux的白光(藍(lán)光成分較高)下照射半小時(shí),結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者學(xué)習(xí)記憶水平有所提高。
對(duì)于其他疾病的治療,光照療法作為一種物理治療手段,通過(guò)發(fā)光裝置產(chǎn)生不同波長(zhǎng)和強(qiáng)度的光線,已經(jīng)證實(shí)具有刺激自主神經(jīng)核腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)血液循環(huán)和內(nèi)分泌、調(diào)控生理周期等作用。這種光治療方法簡(jiǎn)單,不良反應(yīng)少,如若可以設(shè)計(jì)光環(huán)境研究出確切的老年性癡呆癥的治療方案,在國(guó)內(nèi)外對(duì)老年癡呆進(jìn)行藥物治療無(wú)顯著效果的情況下,不失為一種新型的、優(yōu)選的治療途徑??梢哉f(shuō),LED光源的問(wèn)世為多種光照療法提供了新的光源選擇。
展 望
LED照明作為新興產(chǎn)業(yè),由于其自身具有的不可比擬的優(yōu)越性,在各大應(yīng)用領(lǐng)域中都具有良好的發(fā)展前景,而且它作為節(jié)能高效的新一代光源,在國(guó)際市場(chǎng)上迅速得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)在以高效率低成本為發(fā)展策略的LED光源設(shè)計(jì)創(chuàng)新中不斷取得進(jìn)步性成果,減輕了我國(guó)的能源消耗壓力。
然而,LED所蘊(yùn)藏的巨大潛力目前為止還不能準(zhǔn)確估量。
利用LED設(shè)計(jì)光譜通過(guò)照明來(lái)改善人類的學(xué)習(xí)記憶能力正是其中的一個(gè)寶藏。通過(guò)對(duì)它的發(fā)掘,一方面能夠開(kāi)拓LED的應(yīng)用領(lǐng)域,提高其應(yīng)用價(jià)值,從而開(kāi)發(fā)出有別于或超越傳統(tǒng)功能的照明設(shè)備新產(chǎn)品;另一方面,通過(guò)對(duì)其機(jī)制的研究能夠促進(jìn)人類進(jìn)一步認(rèn)識(shí)自己,了解并改善大腦的學(xué)習(xí)記憶功能體系,提高學(xué)習(xí)生活和生命的質(zhì)量,這也是人類文明進(jìn)步的象征。
(摘自《瞭望東方周刊》2012年第42期)
責(zé)編:戴利朝