毛天欣 熊 曉 李靜華 姚 穎 楊 健 李笑然 周?chē)?guó)富2,

(1華南師范大學(xué)心理學(xué)院, 廣州 510631) (2華南師范大學(xué)華南先進(jìn)光電子研究院廣東省光信息材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室&彩色動(dòng)態(tài)電子紙顯示技術(shù)研究所, 廣州 510006)(3深圳市國(guó)華光電科技有限公司, 深圳 518110)

1 引言

人類(lèi)視網(wǎng)膜上存在視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞兩種感光細(xì)胞。當(dāng)光線(xiàn)進(jìn)入人眼后, 視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞接受光信號(hào), 并通過(guò)視神經(jīng)傳遞給大腦視覺(jué)皮層, 形成視覺(jué)體驗(yàn)。隨后研究者發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜上還存在一種新型的感光細(xì)胞(Berson, Dunn, &Takao, 2002), 這種細(xì)胞能夠合成感光蛋白——黑視蛋白, 并且具備自主感光的能力, 又被稱(chēng)為自主感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGCs)。ipRGCs的發(fā)現(xiàn)逐漸讓人們認(rèn)識(shí)到, 眼睛不僅具有傳統(tǒng)感光細(xì)胞的視覺(jué)效應(yīng), 還具有了非視覺(jué)效應(yīng)。ipRGCs分布在整個(gè)視網(wǎng)膜上, 占視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的1% ～3%, 它們將接受到的光信號(hào)傳遞到大腦的生物鐘——下丘腦視交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN),而SCN又與控制人體某些激素分泌的松果體相連,由此實(shí)現(xiàn)對(duì)生理節(jié)律的調(diào)節(jié)以及激素分泌的控制(曾強(qiáng), 何士剛, 2011), 如圖 1所示。隨著光照對(duì)SCN晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)作用的深入研究, 研究者開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向光照對(duì)警覺(jué)性的影響(Vandewalle et al., 2013)。警覺(jué)性指人在完成任務(wù)時(shí)保持注意力或警惕程度的水平。SCN參與啟動(dòng)生命的代謝、生化及物理過(guò)程。在清醒之前, SCN激活皮質(zhì)醇大量分泌, 同時(shí)啟動(dòng)其他影響覺(jué)醒的重要環(huán)節(jié)。通常, 當(dāng)機(jī)體晨起接受日光照射后, 核心體溫、警覺(jué)程度、認(rèn)知水平均提高, 同時(shí)激發(fā)大腦產(chǎn)生更多的 5-羥色胺, 提高情緒及機(jī)體活動(dòng)力。到了夜間, SCN抑制皮質(zhì)醇的分泌, 促使松果體分泌褪黑素, 降低機(jī)體的警覺(jué)度及反應(yīng)能力, 降低核心體溫(董栩然, 王旻舒, 劉夢(mèng)媛, 王薇, 2014)。

圖1 光照激活大腦非視覺(jué)區(qū)域的路徑圖(資料來(lái)源：Cajochen, 2007)

光照的非視覺(jué)生物效應(yīng)包括重置晝夜節(jié)律的相位、抑制褪黑素的分泌和提高即時(shí)警覺(jué)性等。這三者之間又相互影響, 且均取決于光照強(qiáng)度、時(shí)間點(diǎn)、時(shí)長(zhǎng)、光譜成分及光照之前的照明體驗(yàn)這些特征(Cajochen, 2007; Adamsson, Laike, &Morita, 2017)。目前, 關(guān)于光照警覺(jué)性研究大都只是考察了光照強(qiáng)度、光照時(shí)長(zhǎng)、光照色溫、光照波長(zhǎng)、光照時(shí)間點(diǎn)等眾多影響因素中的一個(gè)或幾個(gè),并且結(jié)果也存在一定的分歧?；诖? 我們將從警覺(jué)性的測(cè)量工具、光照的警覺(jué)性的影響因素、光照在臨床和非臨床上的應(yīng)用等方面對(duì)前人的文獻(xiàn)進(jìn)行梳理總結(jié), 以期為后人的研究提供參考依據(jù)。

1 警覺(jué)性的測(cè)量工具

1.1 主觀(guān)測(cè)量工具

對(duì)健康個(gè)體來(lái)說(shuō), 警覺(jué)性可以通過(guò)簡(jiǎn)單的詢(xún)問(wèn)或者主觀(guān)評(píng)定得到。目前應(yīng)用比較廣泛的主觀(guān)測(cè)試量表有卡羅林斯卡困倦度量表(Karolinska sleepiness scale, KSS) (Horne & Burley, 2010)和斯坦福嗜睡量表(Stanford sleepiness scale, SSS)(Martinez et al., 2011)。KSS包括1個(gè)題目, 9點(diǎn)記分：1=極度清醒, 2=非常清醒, 3=清醒, 4=比較清醒, 5=既不清醒也不困乏, 6=有點(diǎn)困乏, 7=有點(diǎn)困乏但無(wú)須費(fèi)力保持清醒, 8=非常困乏, 需努力保持清醒, 9=極度困乏, 需極力保持清醒。SSS從1到7 七點(diǎn)記分。1指完全清醒、精力旺盛, 7指基本無(wú)意識(shí)、接近睡眠。

1.2 客觀(guān)測(cè)量工具

主觀(guān)評(píng)定的缺點(diǎn)是, 個(gè)體在較亮的光環(huán)境中可能會(huì)直觀(guān)地認(rèn)為更加警覺(jué), 并且對(duì)于光來(lái)說(shuō)沒(méi)有真正的安慰劑對(duì)照組。因此, 在光照實(shí)驗(yàn)中就需要更多客觀(guān)的測(cè)量工具, 最常用的就是精神運(yùn)動(dòng)警覺(jué)性測(cè)驗(yàn)(psychomotor vigilance test, PVT)(Dinges & Powell, 1985)。PVT是一個(gè)簡(jiǎn)單的反應(yīng)時(shí)任務(wù)。在測(cè)試中, 視覺(jué)線(xiàn)索以偽隨機(jī)方式反復(fù)呈現(xiàn), 刺激時(shí)間間隔范圍是2～10秒。當(dāng)線(xiàn)索呈現(xiàn)時(shí), 被試需要盡可能快速地按鍵, 然后激活下一次測(cè)試。它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)反應(yīng)時(shí)的增加和注意脫漏非常敏感, 而且學(xué)習(xí)效應(yīng)很小; 缺點(diǎn)是它測(cè)量的是持續(xù)性注意而非警覺(jué)性或疲勞本身。

1.3 生理指標(biāo)

在警覺(jué)性研究的早期階段, 眨眼頻率、皮膚阻抗、體溫以及血壓等生理信號(hào)都曾被用來(lái)評(píng)估警覺(jué)性。目前研究使用的神經(jīng)生理學(xué)指標(biāo)主要包括腦電前額葉低活性的波(1～7 Hz)、眼電的慢速眼動(dòng)和眨眼速率(Cajochen, Khalsa, Wyatt, Czeisler,& Dijk, 1999)。這種高時(shí)間分辨率的測(cè)量可以在秒的范圍內(nèi)檢測(cè)是微睡眠還是任務(wù)失效。但是, 這種測(cè)量在實(shí)際操作時(shí)會(huì)干擾被試本來(lái)的性質(zhì), 例如在現(xiàn)場(chǎng)研究中會(huì)干擾晚上值班工人的腦電活動(dòng)。除此之外, 收集唾液來(lái)測(cè)定褪黑素、皮質(zhì)醇、淀粉酶也是常用的一種生理指標(biāo), 且通常需要收集1～2 ml唾液, 然后把唾液冷凍起來(lái)送到實(shí)驗(yàn)室測(cè)定分析(Figueiro & Rea, 2010)。

2 光照的警覺(jué)性效應(yīng)的影響因素

2.1 晝夜節(jié)律對(duì)光照警覺(jué)性的影響

晝夜節(jié)律(circadian rhythm)是指生物體各種生理機(jī)能為適應(yīng)外界環(huán)境的晝夜變化而建立起的規(guī)律周期。在長(zhǎng)期生物進(jìn)化過(guò)程中, 生物體內(nèi)發(fā)育分化出一個(gè)特殊的“器官”—生物鐘來(lái)協(xié)調(diào)不同組織與器官的晝夜節(jié)律。哺乳類(lèi)動(dòng)物調(diào)控晝夜節(jié)律的中樞位于下丘腦的SCN。內(nèi)源性的調(diào)節(jié)中樞由光照進(jìn)行調(diào)控。晝夜節(jié)律的光協(xié)同過(guò)程使得生物體的晝夜節(jié)律與自然節(jié)律同步, 并不斷調(diào)整生理周期及行為表現(xiàn)。警覺(jué)性和生理節(jié)律中的核心體溫有緊密的時(shí)間關(guān)系：晚上核心體溫最高, 清晨核心體溫最低。剛睡醒時(shí)對(duì)警覺(jué)性的不利影響在接近最低核心體溫時(shí)最強(qiáng)烈。穩(wěn)定且高水平的警覺(jué)性只有在內(nèi)源性晝夜計(jì)時(shí)系統(tǒng)和睡眠/覺(jué)醒周期處于特定關(guān)系下才可能實(shí)現(xiàn)。這種關(guān)系就是內(nèi)源性晝夜計(jì)時(shí)系統(tǒng)與覺(jué)醒有關(guān)的警覺(jué)性下降相對(duì)立, 也被概括為“對(duì)立過(guò)程模型” (Dijk &Czeisler, 1994)。生理過(guò)程在覺(jué)醒階段表現(xiàn)出一種促進(jìn)覺(jué)醒的動(dòng)力, 以平衡覺(jué)醒階段累積的睡眠驅(qū)力(Cajochen, Blatter, & Wallach, 2004)。睡眠慣性是指剛睡醒之后開(kāi)始的一段低喚醒的狀態(tài), 它對(duì)認(rèn)知過(guò)程有不利的影響, 這種影響最長(zhǎng)能持續(xù) 4個(gè)小時(shí), 具體則取決于之前的睡眠時(shí)長(zhǎng)(Jewett et al., 1999)。綜上可以看出, 光照在生理節(jié)律睡眠驅(qū)力最大(在核心體溫最低點(diǎn)的清晨)、較高的睡眠穩(wěn)態(tài)的壓力(覺(jué)醒后16小時(shí)以上)、睡眠慣性(剛睡醒時(shí))時(shí)對(duì)警覺(jué)性的影響最大。

2.2 不同光照時(shí)間點(diǎn)對(duì)光照警覺(jué)性的影響

光照的視覺(jué)效應(yīng)不受光照時(shí)間點(diǎn)的影響, 但是光照的非視覺(jué)效應(yīng)卻受到光照時(shí)間點(diǎn)的影響。所以, 光照的警覺(jué)性也受到光照時(shí)間點(diǎn)的影響。例如, 有研究發(fā)現(xiàn)光照的警覺(jué)性作用在晚上或者睡眠剝奪之后特別強(qiáng)烈, 在白天也依然存在, 只是似乎比較平和(Smolders & De Kort, 2014)。夜間研究表明, 與昏暗燈光的控制條件相比, 不同光照強(qiáng)度和光照時(shí)長(zhǎng)條件下均能顯示出光照的警覺(jué)性作用。盡管光照的直接作用看起來(lái)似乎是在晚上通過(guò)視網(wǎng)膜投影到SCN從而產(chǎn)生的褪黑素的抑制。但是有研究發(fā)現(xiàn), 即使在白天, 幾乎檢測(cè)不到褪黑素的時(shí)候, 光照也能提高警覺(jué)性(Vandewalle et al., 2006; Sahin & Figueiro, 2013)。而且, 正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(Positron Emission Computed Tomography, PET)結(jié)果顯示, 警覺(jué)性的反應(yīng)不僅局限于視交叉神經(jīng)上核附近的下丘腦區(qū)域, 而且拓展到包括注意網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的大規(guī)模的皮質(zhì)區(qū)域, 尤其是包含右側(cè)頂內(nèi)溝的大規(guī)模的枕頂葉注意網(wǎng)絡(luò)(Perrin et al., 2004)。一項(xiàng)fMRI的研究也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似結(jié)果, 即在白天短時(shí)間的亮光條件下也可以短暫阻止由于持續(xù)性處在黑暗中而產(chǎn)生的困意。光照引起的主觀(guān)警覺(jué)性的提高與后側(cè)丘腦,包括丘腦核的增強(qiáng)反應(yīng)相一致, 這與視覺(jué)模式識(shí)別、視覺(jué)注意和警覺(jué)性調(diào)節(jié)有關(guān)。光照暴露還可以導(dǎo)致大面積皮層網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)增強(qiáng), 包括頂骨、顳骨、枕骨以及包含注意任務(wù)對(duì)象的島葉(Vandewalle et al., 2006)?？傊? 目前很少研究比較了白天和晚上光照對(duì)警覺(jué)性的影響, 而且這些研究大都用的是強(qiáng)光復(fù)合白光(≥1000 lux), 這個(gè)照度大到足以產(chǎn)生最大的警覺(jué)性效應(yīng), 因此可能表現(xiàn)不出時(shí)間的主效應(yīng)。然而, 目前還沒(méi)有用室內(nèi)典型照明照度(90～180 lux)比較白天和晚上的警覺(jué)性, 故不能片面認(rèn)為光照的警覺(jué)性作用獨(dú)立于時(shí)間點(diǎn)。

2.3 不同照度的光照對(duì)警覺(jué)性的影響

Lewy, Wehr, Goodwin, Newsome和Markey(1980)首次證明了光照的生理效應(yīng), 研究指出健康人類(lèi)至少需要1000 lux的白光才能抑制褪黑素的產(chǎn)生。之后很多研究也都證明了這一點(diǎn), 并且經(jīng)常用大于1000 lux的光照作為減少倒班工人的睡意、提高倒班工人工作績(jī)效的方法(Cajochen,Zeitzer, Czeisler, & Dijk, 2000; Figueiro, Rea, Boyce,White, & Kolberg, 2001)。光照提高警覺(jué)性和工作績(jī)效的路徑之一是通過(guò)對(duì)褪黑素激素分泌的抑制。在通常條件下, 一般室內(nèi)照明的照度(100～200 lux)不會(huì)抑制褪黑素的產(chǎn)生。但是, Brainard等人(1988)在嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室控制下發(fā)現(xiàn), 眼睛接收的輻照度在1.03～5.50 lux時(shí)也會(huì)抑制褪黑素的分泌。為了探討光照的警覺(jué)性作用中是否存在類(lèi)似劑量與反應(yīng)的關(guān)系這一問(wèn)題, Cajochen等人(2000)讓被試晚上在實(shí)驗(yàn)室中暴露在小于 3 lux的光照幾小時(shí)之后, 接受6.5小時(shí)從3 lux到9100 lux的光照。結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試的慢速眼球運(yùn)動(dòng)減少、theta-alpha頻率的腦電活動(dòng)減少、主觀(guān)睡意減少, 表現(xiàn)出了光照的即時(shí)警覺(jué)性反應(yīng)。光照警覺(jué)性的指數(shù)隨照度的變化呈現(xiàn)出了一種對(duì)數(shù)劑量反應(yīng)曲線(xiàn), 在 9100 lux時(shí)警覺(jué)性最高, 在 100 lux時(shí)出現(xiàn)中值。這個(gè)劑量反應(yīng)函數(shù)的特征描繪了光照警覺(jué)性的效應(yīng)。同時(shí), Smith, Schoen和Czeisler (2004)發(fā)現(xiàn)如果個(gè)體之前處于一個(gè)較高強(qiáng)度的光環(huán)境中, 則會(huì)導(dǎo)致由于光照而減少褪黑素抑制的量減少10%～15%。但由于光照抑制褪黑素的分泌只是一條提高警覺(jué)性的通道, 因此減少褪黑素抑制是否意味著更少的警覺(jué)性反應(yīng)還需要進(jìn)一步探討。

2.4 不同波長(zhǎng)的光照對(duì)警覺(jué)性的影響

傳統(tǒng)的感光細(xì)胞對(duì) 555 nm的中間波長(zhǎng)的光比較敏感, 而新型的感光細(xì)胞對(duì)460 nm的短波長(zhǎng)的光比較敏感。例如研究發(fā)現(xiàn)相比波長(zhǎng)更短的紫光(430 nm)或者波長(zhǎng)更長(zhǎng)的綠光(550 nm, 555 nm)和紅光(600 nm, 630 nm), 暴露在460nm的短波長(zhǎng)藍(lán)光下個(gè)體的警覺(jué)性更高(Rahman et al, 2014;Okamoto & Nakagawa, 2015)。并且, 較低照度下的短波單色光便可以影響個(gè)體的警覺(jué)性(Figueiro,Bullough, Bierman, Fay, & Rea, 2007; Chellappa et al., 2014; Papamichael, Skene, & Revell, 2012)。Revell, Arendt, Fogg和Skene (2006)對(duì)5種不同波長(zhǎng)(420 nm, 440 nm, 470 nm, 600 nm)的光進(jìn)行了比較, 也發(fā)現(xiàn)低照度的光對(duì)個(gè)體主觀(guān)警覺(jué)性的影響在短波長(zhǎng)的光照中效應(yīng)最大。其中 ipRGCs對(duì)480 nm波長(zhǎng)的光最為敏感, 因此在480 nm光條件下會(huì)抑制褪黑素的分泌。而波長(zhǎng)更短的光(420 nm)很有可能通過(guò)視錐細(xì)胞影響非視覺(jué)成像反應(yīng)(Hattar et al., 2006; Panda et al., 2005)。Chellappa等人(2011)發(fā)現(xiàn)增加復(fù)合光中的短波長(zhǎng)成分可以提高警覺(jué)性。因此, 暴露在短波長(zhǎng)的光照下或許是提高夜班工作人員警覺(jué)性的可行方法。但是, Güler等人(2008)在嚙齒動(dòng)物中發(fā)現(xiàn), 光照在不存在視黑蛋白的條件下通過(guò)視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞的作用同樣可以影響非視覺(jué)成像的功能。后來(lái)在人類(lèi)實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)了光照并不單單是通過(guò)內(nèi)在光敏感性神經(jīng)節(jié)細(xì)胞抑制褪黑素這一通道來(lái)提高警覺(jué)性的。例如Sahin和Figueiro (2013)在中午飯后 1～1.5小時(shí)探討被試在紅光(630 nm,40 lux)、藍(lán)光(470 nm, 40 lux)和暗光(＜ 0.01 lux)環(huán)境中的腦電波的變化, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 藍(lán)光條件下的警覺(jué)性的提高并沒(méi)有達(dá)到顯著性, 而紅光條件下的警覺(jué)性顯著提高。還有研究者發(fā)現(xiàn), 當(dāng)困意很高時(shí), 即使暴露在屏蔽掉短波光的光照下30分鐘, 依然可以提高人們?cè)谝雇碇械木X(jué)性(Sasseville, Martin, Houle, & Hébert, 2015)。

2.5 不同色溫的光照對(duì)警覺(jué)性的影響

自大量研究證實(shí)了藍(lán)光對(duì)警覺(jué)性具有很大影響后, 研究者開(kāi)始探討短波成分較多的復(fù)合白光對(duì)個(gè)體警覺(jué)性的影響, 即探討不同色溫對(duì)光照警覺(jué)性的影響。目前大多數(shù)研究都發(fā)現(xiàn), 色溫越高, 警覺(jué)性越高(Mills, Tomkins, & Schlangen, 2007; Viola,James, Schlangen, & Dijk, 2008; Iskra-Golec, Wazna,& Smith, 2012)。例如, 有研究發(fā)現(xiàn), 相比正常光照條件, 在短波成分較多的復(fù)合白光的照明環(huán)境下,睡意和褪黑素節(jié)律均顯著下降(Motamedzadeh,Golmohammadi, Kazemi, & Heidarimoghadam, 2017)。在某些環(huán)境中, 使用短波成分較多的白光或許是提高工作績(jī)效和警覺(jué)性的一個(gè)人體工程學(xué)策略。Chellappa等(2011)比較了兩種不同色溫的節(jié)能燈(40 lux, 6500 K和40 lux, 2500 K)和一種白熾燈(40 lux, 3000 K)在晚上對(duì)警覺(jué)性的影響, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)6500 K的光照在減少睡意、提高認(rèn)知任務(wù)尤其是提高持續(xù)性注意任務(wù)上的效果更優(yōu)。但也有部分研究得出了不一致的結(jié)論。例如 Smolders和 De Kort (2017)探討了不同時(shí)間點(diǎn)(上午 vs.下午)在不同色溫照明環(huán)境(2700 K, 500 lux vs. 6000 K, 500 lux)下暴露1小時(shí)對(duì)個(gè)體的活力、任務(wù)績(jī)效和喚醒度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 除了早上在6000 K色溫的光照下被試有較高的主觀(guān)活力之外, 在喚醒度等方面的影響均沒(méi)有顯著差異。因此, 晚上的結(jié)果幾乎一致, 高色溫引發(fā)高警覺(jué)性; 白天的結(jié)果尚且不太一致。除此之外, 大多數(shù)關(guān)于色溫的研究中所用到的色溫水平不一致, 而色溫是否和照度一樣存在反應(yīng)劑量曲線(xiàn), 還有待進(jìn)一步的研究。

3 光照的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 光照在生理節(jié)律中的應(yīng)用

光照可以解決晝夜節(jié)律相關(guān)的睡眠障礙和晝夜中斷相關(guān)的時(shí)差問(wèn)題、輪班工作問(wèn)題和航空飛行問(wèn)題(Lucas et al., 2014)。Smith和Eastman (2012)研究發(fā)現(xiàn)晚上光照可以延遲生理節(jié)律時(shí)相, 能夠在輪班工作中提高工作績(jī)效。但夜間的亮光或藍(lán)光會(huì)抑制褪黑素的分泌, 導(dǎo)致晝夜中斷, 這兩者都與增加健康風(fēng)險(xiǎn)有關(guān), 使用藍(lán)光或亮光似乎不是一個(gè)好的選擇。而波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光在不抑制褪黑素分泌的條件下依然能夠提高警覺(jué)性, 保持績(jī)效水平(Figueiro, Bierman, Plitnick, & Rea, 2009;Plitnick, Figuerio, Wood, & Rea, 2010), 因此紅光或許可以作為晚上照光的一種替代光源。例如有研究發(fā)現(xiàn), 夜間暴露在紅光環(huán)境下可以讓護(hù)士在不抑制褪黑素分泌和改變生理節(jié)律的同時(shí)保持工作的警覺(jué)性(Figueiro, Sahin, Wood, & Plitnick,2016)。還有研究發(fā)現(xiàn), 含短波成分較少的復(fù)合白光可以在不損害認(rèn)知功能和警覺(jué)性的同時(shí), 對(duì)倒班工人的心臟機(jī)能有積極的作用(Canazei, Pohl,Bliem, & Weiss, 2017)。同時(shí)需要注意的是, 光照對(duì)生理節(jié)律系統(tǒng)的敏感性受到短期內(nèi)光照強(qiáng)度的影響, 白天光照強(qiáng)度越大, 光照對(duì)生理節(jié)律的影響的敏感性越低(Hanford & Figueiro, 2013)。

3.2 光照療法在精神障礙中的應(yīng)用

光療由于較短的潛伏期和較小的副作用, 逐漸成為治療睡眠問(wèn)題、阿爾茨海默病和相關(guān)癡呆(Alzheimer’s disease and related dementias, ADRD)、季節(jié)性情感障礙(seasonal affective disorder, SAD)等神經(jīng)和精神障礙的有效方法(Shirani & St. Louis,2009; Hanford & Figueiro, 2013)。除了正常人群會(huì)由于輪班或跨時(shí)區(qū)旅行等原因產(chǎn)生睡眠問(wèn)題外,某些特殊疾病如ADRD等也會(huì)引發(fā)一系列睡眠問(wèn)題(Figueiro, Plitnick, & Rea, 2016; Figueiro,2017)。一項(xiàng)關(guān)于光療對(duì)睡眠問(wèn)題的元分析中, 納入了53個(gè)研究共計(jì)1154名被試, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 總體上光療對(duì)治療諸如晝夜節(jié)律睡眠障礙、失眠、阿爾茨海默癥和相關(guān)癡呆有關(guān)的睡眠障礙都很有效。其中, 光療對(duì)晝夜節(jié)律睡眠障礙和失眠癥狀的治療效果效應(yīng)量最大; 在失眠癥的治療中, 使用光療的光照度越大, 效應(yīng)量越大; 在治療阿爾茨海默癥和相關(guān)癡呆有關(guān)的睡眠障礙中, 女被試越多效應(yīng)量越大(van Maanen, Meijer, van der Heijden, & Oort, 2016)。同時(shí), 很多研究還發(fā)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)墓庹毡┞犊梢蕴岣逜DRD患者的夜間睡眠效率, 減少日間游蕩, 緩解晚上焦躁不安, 是治療ADRD的一種有效的非藥物治療方法。通常, 治療ADRD時(shí)所用光照都是2500～8000 lux的亮白光, 一般是清晨光照 1 h以上, 至少持續(xù) 2周(Figueiro et al., 2014)。有研究者發(fā)現(xiàn)利用一個(gè)自發(fā)光的桌子來(lái)進(jìn)行光照干預(yù)也可以提高ADRD病人的睡眠、情緒和行為(Figueiro, Plitnick et al.,2016)。Hanford等人甚至提出未來(lái)可以制定一個(gè)治療 ADRD病人的 24小時(shí)光照計(jì)劃(Hanford &Figueiro, 2013)。除此之外, 光療也是有效治療SAD的非藥物手段。Terman等(1989)對(duì)來(lái)自 14個(gè)不同研究中心的332例SAD患者進(jìn)行系統(tǒng)分析后發(fā)現(xiàn), 接受光療之后, 輕度抑郁癥患者的抑郁癥狀緩解率高達(dá) 67%, 重度抑郁癥患者的緩解率高達(dá) 40%。Golden等人(2005)的元分析結(jié)果也表明, 光照能有效緩解SAD患者的抑郁癥狀, 其效果大小相當(dāng)于大多數(shù)抗抑郁藥物治療試驗(yàn)中的效果大小。在SAD的治療中, 一般每日用10000 lux的光照30 min, 或用2500 lux的光照2 h; 相較于夜間, 清晨醒后進(jìn)行光療的效果更好(Lewy et al.,1998; Figueiro, 2017)。隨后, 眾多學(xué)者發(fā)現(xiàn)光療對(duì)于非季節(jié)性抑郁、產(chǎn)前抑郁癥、雙向抑郁等情感障礙的治療也有一定的促進(jìn)作用(Even, Schr?der,Friedman, & Rouillon, 2008; Wirz-Justice et al.,2011; Tseng et al.,2016; Al-Karawi & Jubair,2016)。如在一項(xiàng)非季節(jié)性抑郁的強(qiáng)光療法的元分析研究中, 納入了9個(gè)臨床實(shí)驗(yàn)共419名病人, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)強(qiáng)光治療對(duì)非季節(jié)性抑郁非常有效。其中強(qiáng)光治療 2～5周時(shí)抗抑郁的效果量最大; 作為單一療法時(shí)效果顯著, 作為抗抑郁藥物的附屬療法時(shí)則效果不顯著(Al-Karawi & Jubair,2016)。還有研究對(duì)比了普通室內(nèi)光照和自然強(qiáng)光下 21名輕度抑郁的老年住院患者的情緒、行為和心臟的壓力反應(yīng), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)即使是自然強(qiáng)光也能夠減輕消極情緒和生理癥狀的壓力(Canazei, Pohl,Bauernhofer et al., 2017)?？傊? 光療作為一種非藥物療法, 在眾多神經(jīng)和精神障礙的治療中都可能卓有成效, 但目前除了在治療SAD時(shí)有較明確的光照設(shè)置外, 在治療其他精神障礙時(shí)的最佳光照時(shí)長(zhǎng)、長(zhǎng)度、時(shí)間點(diǎn)和療程時(shí)長(zhǎng)等尚不明確, 未來(lái)研究中需要進(jìn)一步的深入探討。

3.3 光照在辦公照明中的應(yīng)用

有益健康的照明環(huán)境可以減弱眼部疲勞、改善人的情緒并提高工作效率。光照的警覺(jué)性作用和對(duì)提高績(jī)效的影響在建筑中的室內(nèi)光設(shè)計(jì)中越來(lái)越普遍。一般來(lái)說(shuō), 辦公環(huán)境的照度越高, 員工警覺(jué)性越高, 工作效率也越高。例如, Smolders,De Kort和Cluitmans (2012)比較了32名被試分別在上午和下午暴露在200 lux和1000 lux的光照下1小時(shí), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)即使在正常白天條件下(即沒(méi)有睡眠剝奪), 光照強(qiáng)度越大, 個(gè)體的警覺(jué)性和活力也越高, 生理喚醒和工作績(jī)效也越高。但現(xiàn)代的辦公室照明仍然有很多都不能滿(mǎn)足光照非視覺(jué)效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。Aries (2005)研究發(fā)現(xiàn)辦公室照明中的垂直照度大于1000 lux的比例不到20%, 在控制了性別、年齡、紅眼校正、季節(jié)敏感性和睡眠類(lèi)型之后, 相比高照度環(huán)境, 在低照度環(huán)境中工作疲勞顯著增加, 睡眠質(zhì)量顯著下降。傳統(tǒng)的建筑照明主要關(guān)注視覺(jué)績(jī)效、視覺(jué)舒適度和審美?，F(xiàn)在需要在建筑照明中考慮到光的非視覺(jué)作用。

4 總結(jié)與展望

光是調(diào)節(jié)生理、激素和行為表現(xiàn)的較強(qiáng)環(huán)境刺激。光療是治療某些情感障礙、睡眠問(wèn)題和生理節(jié)律紊亂的有效方式?？梢哉f(shuō), 對(duì)光進(jìn)行的研究具有重要的意義。ipRGCs的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了非圖像形成的新型感光系統(tǒng)及與其聯(lián)結(jié)的神經(jīng)回路。但光照警覺(jué)性的研究才剛剛起步,并且大多是變量分散的研究, 缺少系統(tǒng)全面的研究。未來(lái)應(yīng)該著重從以下幾個(gè)方向展開(kāi)研究。

4.1 探討光照警覺(jué)性的神經(jīng)機(jī)制

隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展, 研究者們也開(kāi)始利用這種技術(shù)來(lái)探究環(huán)境光照對(duì)個(gè)體警覺(jué)性影響的神經(jīng)機(jī)制。早期, Perrin等人(2004)利用正電子斷層掃描技術(shù)(PET)來(lái)探測(cè)夜間不同復(fù)合光照度環(huán)境下被試執(zhí)行聽(tīng)覺(jué)注意任務(wù)的腦區(qū)激活情況,發(fā)現(xiàn)被試在高照度復(fù)合光下, 與警覺(jué)、注意相關(guān)的頂-枕區(qū)注意網(wǎng)絡(luò)(特別是頂內(nèi)溝)被顯著激活。隨后 Vandewalle等人(2006)使用功能性磁共振成像技術(shù)(fMRI)比較了白天不同復(fù)合光照度下個(gè)體執(zhí)行注意任務(wù)時(shí)的腦區(qū)活動(dòng), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)高照度條件下顯著激活背側(cè)丘腦、右側(cè)上頂葉和頂內(nèi)溝等與注意相關(guān)的大腦皮層區(qū), 而低照度條件下相關(guān)腦區(qū)激活并不明顯。除了高照度復(fù)合光, 在單色光環(huán)境下執(zhí)行注意任務(wù)時(shí)的大腦活動(dòng)也有顯著變化。例如, Okamoto和Nakagawa (2015)使用ERPs技術(shù)發(fā)現(xiàn), 相比無(wú)光照的照明環(huán)境, 被試在短波長(zhǎng)的光照環(huán)境下執(zhí)行注意相關(guān)的任務(wù)時(shí) P300振幅會(huì)顯著增大, 而中波長(zhǎng)和長(zhǎng)波長(zhǎng)光照環(huán)境下的P300振幅則無(wú)顯著差異。雖然前人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)光的警覺(jué)性相應(yīng)腦區(qū)的激活, 但是關(guān)于光照通過(guò)何種路徑而對(duì)警覺(jué)性產(chǎn)生作用尚未定論。光對(duì)生理和行為的影響除了受到傳統(tǒng)的視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞的影響之外, 還受到一種新型的感光細(xì)胞——自主感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(ipRGCs)的影響(Lucas et al.,2014)。ipRGCs有一種特殊的非視覺(jué)視網(wǎng)膜下丘腦束, 用來(lái)提供和視交叉上核的直接神經(jīng)連接,并且通過(guò)視交叉上核直接或間接的投射到和覺(jué)醒相關(guān)的大腦區(qū)域。此外, 視交叉上核還與調(diào)節(jié)褪黑素的松果體相連, 同時(shí)與外側(cè)膝狀體核、前頂蓋、上丘等與視覺(jué)感光系統(tǒng)共享的區(qū)域相連(Lockley & Gooley, 2006)。所以通常認(rèn)為, 光照的警覺(jué)性作用是通過(guò)光敏感性神經(jīng)節(jié)細(xì)胞抑制褪黑素的分泌而作用, 但有一些研究者得出了不同的結(jié)果, 沒(méi)有褪黑素的抑制也能產(chǎn)生光照的警覺(jué)性作用(Sahin & Figueiro, 2013; Sasseville et al., 2015;Figueiro, Sahin et al., 2016), 甚至有結(jié)果得出傳統(tǒng)感光細(xì)胞和 ipRGCs影響光照警覺(jué)性的條件不一致。例如, Gooley等(2010)發(fā)現(xiàn)視錐細(xì)胞在光照開(kāi)始和較低照度水平下時(shí)對(duì)光照的非視覺(jué)作用起重要作用, 而新型自主感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞則在長(zhǎng)時(shí)間光照和高照度時(shí)對(duì)光照的非視覺(jué)性作用有重要影響。因此, 光照如何作用于大腦的喚醒系統(tǒng), 以何種路徑激活大腦的喚醒系統(tǒng)目前尚不清楚。為了進(jìn)一步解釋光照的警覺(jué)性作用機(jī)制, Rautkyl?,Puolakka和 Halonen (2012)基于神經(jīng)元連接的角度提出光照影響警覺(jué)性的雙通道模型(圖2), 他認(rèn)為光照除了通過(guò)生物節(jié)律系統(tǒng)(即 SCN調(diào)控褪黑素分泌)影響警覺(jué)性, 還能直接作用于邊緣系統(tǒng)(如杏仁核)產(chǎn)生對(duì)光信號(hào)的情緒反應(yīng), 在神經(jīng)元連接的作用下到達(dá)喚醒系統(tǒng), 從而提高個(gè)體的警覺(jué)性。雙通道模型從宏觀(guān)層面上為我們解釋日間光照影響警覺(jué)性的神經(jīng)機(jī)制提供了重要的理論依據(jù), 即光照可能通過(guò)影響情緒狀態(tài), 從而影響警覺(jué)性。然而雙通道模型尚處于理論建構(gòu)水平, 還未得到相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 因此未來(lái)研究還需進(jìn)一步驗(yàn)證該模型的適用性。綜上, 我們可以看出目前已知的光照警覺(jué)性的神經(jīng)機(jī)制只是冰山一角,未來(lái)需要對(duì)不同光照(照度高/低, 單色光/復(fù)合光,作用時(shí)間長(zhǎng)/短)達(dá)到視網(wǎng)膜后由何種感光細(xì)胞通過(guò)何種路徑影響警覺(jué)性的神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行深入探討。

4.2 優(yōu)化光照警覺(jué)性的參數(shù)特征

高照度的燈光照射或藍(lán)光照明均可在短時(shí)間內(nèi)起到調(diào)節(jié)內(nèi)在生理節(jié)律、促進(jìn)個(gè)體清醒、保持正常的活動(dòng)狀態(tài)等作用(朱瑩瑩, 汝濤濤, 周?chē)?guó)富,2015)。但在一項(xiàng)研究中, 60個(gè)成年被試經(jīng)過(guò)慢性睡眠限制后, 暴露在不同波長(zhǎng)的光照下(458～480 nm的藍(lán)光、551～555 nm的綠光, 0 lux的暗光控制)。研究人員對(duì)光照暴露前、暴露中、暴露后的警覺(jué)性進(jìn)行了測(cè)量, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)均沒(méi)有顯著差異(Segal, Sletten, Flynn-Evans, Lockley, & Rajaratnam,2016)。所以, 睡眠壓力、生理階段和光照反應(yīng)曲線(xiàn)之間可能存在一定的交互作用。雖然研究者們一致認(rèn)為夜晚照射藍(lán)光或富含短波長(zhǎng)的白光會(huì)促進(jìn)警覺(jué)性, 但對(duì)白天警覺(jué)性的敏感波長(zhǎng)的研究仍存在分歧。例如Sahin和Figueiro (2013)證實(shí)白天的紅光比藍(lán)光對(duì)人的警覺(jué)性的作用更大。另外還有研究考察了動(dòng)態(tài)光對(duì)人警覺(jué)性和表現(xiàn)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比靜態(tài)光, 動(dòng)態(tài)光更讓人警覺(jué)(羅明,鄭詩(shī)琪, 葉鳴, 2016)。因此未來(lái)的研究可以從動(dòng)態(tài)角度去探討隨著24 h的變化光照警覺(jué)性的光譜敏感性的變化, 進(jìn)一步優(yōu)化在白天能夠引起警覺(jué)性的光照系統(tǒng)的參數(shù)特征。

圖2 光照警覺(jué)性的雙通道模型(資料來(lái)源：Rautkyl? et al, 2012)

4.3 探討光照警覺(jué)性的混淆變量

現(xiàn)在的研究大都強(qiáng)調(diào)光照在任務(wù)中對(duì)認(rèn)知神經(jīng)功能的影響。比如有研究認(rèn)為在亮白光或藍(lán)光成分較多的白光環(huán)境中可以提高警覺(jué)性和神經(jīng)活動(dòng)過(guò)程(Cajochen et al., 2005; Lockley et al.,2006)。但是這種光照警覺(jué)性的影響并不總是促進(jìn)行為表現(xiàn)。實(shí)際上, 有研究報(bào)告了光照可能會(huì)對(duì)認(rèn)知任務(wù)產(chǎn)生不利的作用或者沒(méi)有顯著差異的影響(Gabel et al., 2015; Kaida, Takeda, & Tsuzuki,2013)。同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn), 光照效應(yīng)在抑制控制任務(wù)上的表現(xiàn)有很大的個(gè)體差異性, 并且取決于被試實(shí)驗(yàn)前的警覺(jué)性狀態(tài)(Correa, Barba, &Padilla, 2016)。實(shí)驗(yàn)前處于較高警覺(jué)性狀態(tài)的被試在經(jīng)過(guò)藍(lán)光成分較多的白光照射之后, 在高級(jí)認(rèn)知任務(wù)上的成績(jī)更好。這提示我們?cè)谔接懝庹招?yīng)的時(shí)候要注意實(shí)驗(yàn)之前的警覺(jué)性。所以, 對(duì)光照警覺(jué)性的混淆變量進(jìn)行研究, 排除或控制一些混淆變量, 對(duì)我們更好的理解光照的非視覺(jué)效應(yīng)至關(guān)重要。

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