李 蕓 汝濤濤 李絲雨 陳涵宇 謝舒雅 周國富

環(huán)境光照對情緒的影響及其作用機(jī)制*

李 蕓1,2汝濤濤2,3李絲雨1,2陳涵宇1,2謝舒雅1,2周國富2,3

(1華南師范大學(xué)心理學(xué)院, 光與身心健康實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510631) (2華南師范大學(xué), 國家綠色光電子國際聯(lián)合研究中心, 廣州 510006) (3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&彩色動態(tài)電子紙顯示技術(shù)研究所, 廣州 510006)

環(huán)境光照作為重要的授時因子, 對多種生理和心理功能存在廣泛影響, 其對情緒的非視覺作用尤其引起研究者們的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn), 環(huán)境光照的照度、色溫和波長均是影響情緒的重要物理因素; 短光周期、夜間人工光以及持續(xù)光照/黑暗等異常光照模式則會導(dǎo)致情緒障礙; 光照的情緒效應(yīng)還受到光照時長、時間點(diǎn)、個體特征、主觀偏好及基因類型等的調(diào)節(jié)。光照作用于情緒的路徑主要包括兩個方面, 一方面視網(wǎng)膜中的內(nèi)在光敏感神經(jīng)節(jié)細(xì)胞將光信號投射至情緒調(diào)節(jié)相關(guān)腦區(qū)直接影響情緒; 另一方面光信號通過同步內(nèi)部生理節(jié)律及其調(diào)節(jié)下的激素分泌、神經(jīng)傳遞和睡眠間接影響情緒。未來研究考察短時光照的視覺功效時需要采用更客觀多樣化的情緒測量技術(shù), 綜合非視覺與視覺作用路徑深入對比健康與情緒障礙群體的差異性。

環(huán)境光照, 情緒, 物理因素, 光照模式, 作用機(jī)制

1 引言

環(huán)境光照作為重要的授時因子, 在調(diào)節(jié)和維持有機(jī)體內(nèi)部生物節(jié)律與外部明暗環(huán)境同步中扮演著舉足輕重的角色; 與此同時, 光照對個體的自主神經(jīng)系統(tǒng)活動、認(rèn)知加工及情緒等多種生理和心理功能均能產(chǎn)生顯著的調(diào)節(jié), 這些統(tǒng)稱為環(huán)境光照的非視覺效應(yīng)(non-image forming, NIF)。這一效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)主要依賴于人類視網(wǎng)膜上有別于傳統(tǒng)視桿細(xì)胞與視錐細(xì)胞的第三種感光細(xì)胞—內(nèi)在光敏感神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGCs)。近10年來, 光照的非視覺效應(yīng)研究開展的如火如荼, 尤其是環(huán)境光照對個體警覺性、認(rèn)知功能、睡眠以及生物節(jié)律的影響已得到較為深入的討論(Fisk et al., 2018; LeGates et al., 2014; 毛天欣等, 2018; 汝濤濤等, 2019)。此外, 研究表明環(huán)境光照也是情緒的重要調(diào)節(jié)器(LeGates et al., 2014), 季節(jié)性情感障礙(Seasonal affective disorder, SAD)的癥狀特征、病理機(jī)制均表明光照與情緒之間存在密切關(guān)聯(lián); 異常光照模式對情緒的破壞性影響以及光照療法的抗抑郁效應(yīng)也得到了前臨床研究和臨床研究的證實(shí)(Golden et al., 2005; Lam et al., 2016; Lieverse et al., 2011; Rosenthal et al., 1984; Sit & Haigh, 2019)。然而, 現(xiàn)有研究對于光照影響情緒的因素缺乏全面和深入的討論, 具體作用機(jī)制尚不明晰。因此, 本文將重點(diǎn)圍繞光照影響情緒的物理特性、光照模式、調(diào)節(jié)因素、潛在作用機(jī)制及光療在臨床中的應(yīng)用進(jìn)行介紹與討論, 以期為相關(guān)研究提供新的視角和啟發(fā)。

2 光照影響情緒的物理因素

情緒是指個體在任何給定時刻的主觀狀態(tài)的一種核心感受, 且并不一定是關(guān)于任何事物的感受(McCloughan et al., 1999)。目前關(guān)于光照對情緒的實(shí)驗(yàn)室研究, 研究者主要通過操縱環(huán)境光的照度、相關(guān)色溫或波長等物理特性來考察其對個體情緒的影響。其中情緒的測量方法主要包括自評量表、面部表情識別及神經(jīng)生理活動記錄技術(shù)(EEG、ERP或fMRI)等。

2.1 照度對情緒的影響

照度是復(fù)合白光重要的物理特性之一, 指單位面積內(nèi)被照射物體所接收到的光通量, 單位為勒克斯(lx)。照度越低表明光線越弱, 反之越強(qiáng)。已有研究提示, 在一段時期內(nèi)(≥1周), 高的環(huán)境照度與健康人群的積極情緒顯著正相關(guān), 亮光能夠調(diào)節(jié)邊緣系統(tǒng)加工情緒刺激時的神經(jīng)活動。如來自田野研究的證據(jù)表明, 個體在亮光下(≥1000 lx)暴露的時間越長, 情緒相對越積極(Harb et al., 2015; Jean-Louis et al., 2005)。Fisher等人(2014)采用腦成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)健康被試在接受3周的光療后, 在加工負(fù)性情緒刺激時, 杏仁核驅(qū)動的自下而上的情緒注意網(wǎng)絡(luò)被亮光所抑制, 前額葉皮層(PFC)介導(dǎo)的對杏仁核自上而下的調(diào)節(jié)則被亮光增強(qiáng), 且這些邊緣區(qū)域的神經(jīng)活動表現(xiàn)出照度依賴的變化, 即照度越高, 這種調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)。此外, 來自嚙齒動物的研究也表明, 4周的日間光照強(qiáng)度減弱會導(dǎo)致小鼠的抑郁和焦慮樣行為增加(Deats et al., 2014; Leach et al., 2013)。

在短時光照暴露的實(shí)驗(yàn)室研究中, 照度對情緒的影響結(jié)果則不太一致。已有研究結(jié)果大多提示,在模擬日間辦公照明中, 相比低照度(≤200 lx), 高照度(≥1000 lx)光照環(huán)境下被試的情緒更積極(Bijleveld & Knufinke, 2018; Leichtfried et al., 2015; Ru et al., 2019)。如Smolders和de Kort (2014)對被試在1000 lx和200 lx光照暴露30分鐘后的積極和消極情緒(兩個5點(diǎn)李克特項目)進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn),被試在高照度條件下比低照度條件下顯著更愉悅。新近的另一項研究也發(fā)現(xiàn)相比低照度(100 lx), 被試在高照度下(1000 lx)暴露50分鐘后, 其在負(fù)性情緒(PANAS)上的自評得分顯著降低(Ru et al., 2019)。此外, 有研究發(fā)現(xiàn)相比暗光(0～1 lx), 略高照度(360～400 lx)的短時(45 min)光照暴露即能對個體在夜間的負(fù)性情緒產(chǎn)生改善作用(Bijleveld & Knufinke, 2018)。不過, 也有部分研究并未發(fā)現(xiàn)照度對情緒的改善作用(Baron et al., 1992; Huiberts et al., 2015, 2016; Smolders et al., 2012), 如Smolders等(2012)在較早的一項研究中發(fā)現(xiàn)1 h的高照度光照(1000 lx)相比低照度(200 lx)并未顯著改變被試的情緒狀態(tài)。Huiberts等(2016)等人采用更長的曝光時間(90 min)和更高照度(1700 lx vs.165 lx)發(fā)現(xiàn),被試的情緒狀態(tài)(兩個5點(diǎn)李克特項目測量)并未發(fā)生顯著變化。

短時強(qiáng)光對情緒影響結(jié)果的差異, 可能是由于不同研究間采用的光照參數(shù)、暴露時長、測量工具和測量方式等不同導(dǎo)致, 如Ru等人(2019)采用了正負(fù)性情緒量表及中等高照度(1000 lx), 而Huiberts等(2016)和Smolders等(2012)的研究均采用兩個單一條目“開心”和“難過”對被試的情緒進(jìn)行測量, 且Huiberts等人設(shè)置的高照度光照水平更高(1700 lx)。與此同時, 上述Smolders等人的兩項研究雖采用相同的情緒測量方式, 但兩者在光照時長上有所不同(90 min vs. 60 min)。值得注意的是, 上述實(shí)驗(yàn)室研究同時聚焦于光照對認(rèn)知與情緒功能的影響。因此, 光照暴露中進(jìn)行的不同認(rèn)知任務(wù)可能與光照對情緒產(chǎn)生交互影響。此外, 有研究發(fā)現(xiàn), 電生理指標(biāo)比主觀評分對光照的效應(yīng)更為敏感, 如Yoshiike等人(2018)發(fā)現(xiàn)在對恐懼消退和恐懼習(xí)得的過程中, 短時(15 min)強(qiáng)光(9000 lx)可以通過調(diào)節(jié)前額葉皮層對恐懼刺激的血流動力學(xué)反應(yīng), 增強(qiáng)對恐懼性刺激自上而下的調(diào)節(jié), 增強(qiáng)恐懼消退, 但強(qiáng)光對個體的主觀情緒狀態(tài)(VAS測量)卻沒有顯著影響。因此, 一些主觀情緒測量工具可能并未能探測到強(qiáng)光對個體情緒的微妙影響。

2.2 色溫對情緒的影響

色溫是復(fù)合白光的另一物理屬性, 色溫的單位是開爾文(K)。色溫對情緒的非視覺效應(yīng)功效主要依賴于光譜中的藍(lán)光成分, 色溫越高, 光譜中短波長藍(lán)光含量相對越多, 反之亦然。目前已有關(guān)于色溫與情緒的研究得出的結(jié)論較不一致。早前的研究提示高色溫對積極情緒有顯著地提升效應(yīng)。例如, 對健康人群進(jìn)行14周的追蹤研究發(fā)現(xiàn), 相比低色溫?zé)晒鉄?2900 K), 被試的心理健康程度和活力水平在高色溫白光作用下(17000 K)顯著更高(Mills et al., 2007)。Hawes等人(2012)比較了四種色溫(90 min, 3345 K, 4175 K, 5448 K, 6029 K)對情緒(POMS測量)的影響發(fā)現(xiàn), 相比低色溫, 高色溫(6029 K)能顯著提高積極情緒并減少疲勞, 色溫水平與積極情緒水平之間存在正相關(guān)。與之相反, Smolders和de Kort (2017)發(fā)現(xiàn)在高色溫白光(6000 K vs. 2700 K, 60 min)作用下被試表現(xiàn)出更少的愉悅情緒和更多的悲傷情緒(兩個題目測量)。與此同時, 也有研究并未發(fā)現(xiàn)短時光暴露下色溫對情緒的顯著影響(Baron et al., 1992; Knez, 2014), 如Knez (2014)發(fā)現(xiàn)被試的情緒(采用48個項目的自編情緒量表測量)在3000 K, 4000 K和5500 K的熒光燈暴露85分鐘后并沒有顯著差異。此外, 來自嚙齒動物的研究甚至提示高色溫水平會增加小鼠的負(fù)性情緒, 如暴露在冷白光下(4000 K, 30 min)的雄性小鼠比暴露在暖白光下(2500 K)的小鼠更焦慮(Kapogiannatou et al., 2016)。Yokoyama等人(2019)對小鼠的研究也報告90 min的高色溫光照導(dǎo)致小鼠室旁核(paraventricular nucleus, PVN)內(nèi)神經(jīng)活動顯著增加, 提示高色溫引起更多的應(yīng)激反應(yīng)。目前單獨(dú)探究色溫對情緒非視覺效應(yīng)的研究相對比較少, 加之不同研究曝光時長、研究對象(日間型人類/夜間型小鼠)、測量指標(biāo)等差異導(dǎo)致無法得出一致性結(jié)論, 未來需要更多研究的探討。

照度與色溫作為復(fù)合白光的兩個不可分割的重要屬性, 除了考察照度或色溫對情緒的獨(dú)立性影響外, 也有研究者對照度與色溫對情緒的交互作用進(jìn)行了探討, 如Ru et al. (2019)等人在模擬辦公環(huán)境中考察了室內(nèi)白光的照度(100 lx vs. 1000 lx)和色溫(2700 K vs. 6500 K)對主觀正負(fù)情緒的交叉影響。研究結(jié)果僅發(fā)現(xiàn)高照度或低色溫可以顯著降低被試的主觀負(fù)性情緒, 但并未發(fā)現(xiàn)照度與色溫對情緒的交互性作用。這可能與Ru等人的研究中僅采用了兩個照度和色溫水平較為局限有關(guān)。因此, 未來研究可以通過設(shè)置多參數(shù)水平來系統(tǒng)探討照度與色溫對情緒的交互性影響。

2.3 波長

波長(wavelength)是單色光最重要的光譜特點(diǎn), 一般人眼可見光的波長范圍為380 nm到780 nm, 不同色光對應(yīng)的波長也不同, 如紅光的波長大約為622～780 nm, 綠光的波長大約為492～577 nm, 藍(lán)光的波長為455～492 nm。在生活中, 我們越來越頻繁地接觸到各種各樣的有色光源。由于人眼介導(dǎo)光非視覺通路的ipRGCs細(xì)胞的最佳敏感波長約為480 nm (Berson et al., 2002; Freedman et al., 1999; Provencio et al., 2000), 因此, 相比中波長的綠光和長波長的紅光, 短波長的藍(lán)光預(yù)期能夠產(chǎn)生更加明顯的非視覺功效(Berson et al., 2002; Brainard et al., 2001; Hattar et al., 2002)。如Kim等人(2013)使用情緒照明互動系統(tǒng)對個體的情緒狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時識別(光體積描記法、皮膚溫度和皮膚電反應(yīng)), 發(fā)現(xiàn)藍(lán)光作用下個體感到放松, 紅光則提升了個體的喚醒水平。Smith和Spiridon (2018)報告稱藍(lán)光對無人機(jī)駕駛艙中個體的負(fù)性情緒(憤怒)有緩解作用。不過也有研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)光會導(dǎo)致特殊群體負(fù)性情緒的增加, Segal等人(2016)對經(jīng)歷兩晚睡眠限制的個體進(jìn)行3小時的藍(lán)光、綠光或無光照射后, 發(fā)現(xiàn)藍(lán)光作用下被試產(chǎn)生了更多的敵意。

來自腦成像研究的證據(jù)表明, 藍(lán)光會對大腦皮層和皮層下部分涉及情緒感知與情緒加工的腦區(qū)活性產(chǎn)生即時影響。如相比綠光條件, 藍(lán)光條件下憤怒聲音引起的雙側(cè)顳皮質(zhì)和海馬等聲音敏感區(qū)域的大腦活動顯著增強(qiáng), 且左側(cè)顳上回的語音敏感區(qū)與左側(cè)杏仁核、下丘腦之間的功能連接增強(qiáng)(Vandewalle et al., 2010)。此外, Vandewalle等人(2011)還發(fā)現(xiàn)SAD患者對色光的敏感性與正常被試存在差異, 具體表現(xiàn)為藍(lán)光(480 nm)增強(qiáng)了SAD患者下丘腦后部(背外側(cè)到乳狀體)對負(fù)性聽覺刺激的反應(yīng), 而綠光(550 nm)則降低了這些反應(yīng), 但這種影響在正常被試群體中并未發(fā)現(xiàn)。最近的一項研究也顯示短時(40 min)暴露在藍(lán)光(469 nm)下后, 被試在加工獎賞確定預(yù)期刺激時前扣帶回皮層(ACC)喙部被顯著激活(Alkozei et al., 2016)。Metz等人(2017)利用系統(tǒng)生理學(xué)增強(qiáng)功能近紅外光譜(SPA～fNIRS)測定色光對人體大腦生理活動的影響發(fā)現(xiàn), 相較于紅光(630 nm)和綠光(515 nm), 藍(lán)光(450 nm)照射顯著激活了大腦左側(cè)前額葉皮層。綜上可知, 在非視覺層面, 相比長波長的紅光和綠光, 短波長的藍(lán)光對情緒相關(guān)腦區(qū)的調(diào)節(jié)作用更為明顯。在視覺上, 不同色光由于有著不同的顏色外觀, 因而可能有著不同的情緒功能。早期的一些研究發(fā)現(xiàn), 紅光會引起與血、傷、火和危險有關(guān)的各種不愉快的聯(lián)想, 而藍(lán)光則與積極的想法(如友好、浪漫的愛情和藍(lán)天)有關(guān)。這一點(diǎn)在顏色與情緒的相關(guān)研究中也得到驗(yàn)證(Elliot & Maier, 2014), 如紅色通常與危險等負(fù)性情感相聯(lián)系, 藍(lán)色和綠色則與平和、平靜等積極情感相聯(lián)系。已有實(shí)驗(yàn)室研究也發(fā)現(xiàn), 顏色會影響個體的生理喚醒水平和主觀情緒評價, 如紅色相比黃色和藍(lán)色對皮膚電導(dǎo)率和心率有著更強(qiáng)的刺激作用, 即具有更高的喚醒作用(Jacobs & Hustmyer, 1974; Wilms & Oberfeld, 2018); 與紅色和黃色相比, 被試在藍(lán)色環(huán)境下感到更放松和更平靜(Al-Ayash et al., 2016)。此外, 顏色的亮度和飽和度也是影響情緒的重要因素(Wilms & Oberfeld, 2018)。類似地, 相比藍(lán)光和綠光, 被試暴露在紅光下時, 其喚醒水平顯著提高(收縮壓擴(kuò)增、皮膚電導(dǎo)、呼吸頻率、眨眼頻率等增加), 愉悅感則顯著更低(Ali, 1972; Rajae-Joordens, 2010; Wilson, 1966)。紅光被發(fā)現(xiàn)具有喚醒和激活人的能力, 而藍(lán)光和綠光則使人感到情緒平靜。不過也有研究得出不一致的結(jié)論, 如一項針對老年人(平均年齡為71歲)的研究發(fā)現(xiàn), 相比紅光, 藍(lán)光讓老年人覺得更不愉悅且更具有刺激性(Laufer et al., 2009), 提示色光對個體情緒的影響可能受到年齡的調(diào)節(jié)。此外, 研究者也發(fā)現(xiàn), 色光的飽和度和亮度也是調(diào)節(jié)情緒和喚醒水平的重要因素(Rajae-Joordens, 2010)。因此, 個體的情緒除了受到短波長藍(lán)光的作用外, 可能也受到其他色光的影響, 而影響的路徑包括視覺和非視覺兩個層面。

3 光照時間模式對情緒的影響: 基于特殊人群與動物模型的證據(jù)

在人工照明發(fā)明以前, 人類的光照模式是一個接近于12～12 h的明暗周期。隨著電燈的發(fā)明, 電子媒體的廣泛使用, 夜班、輪班工作以及跨時區(qū)旅行等變得普遍, 人類接受的光照模式也隨之改變。不同光照模式對情緒的影響引起了研究者們的廣泛關(guān)注, 其中, 短光周期、夜間光照、持續(xù)光照/光照剝奪等對情緒的破壞性影響得到了比較多的討論。

3.1 短光周期對情緒的影響

研究者們最初關(guān)注到日間光照時間長短對情緒的影響, 源于對季節(jié)性情緒障礙(seasonal effective disorder, SAD)患者的研究。SAD最早由Rosenthal等(1984)提出, 主要表現(xiàn)為抑郁癥狀反復(fù)在每年的秋冬季節(jié)出現(xiàn), 在春夏季節(jié)則完全緩解或部分轉(zhuǎn)為躁狂。已有研究提示秋冬季節(jié)日照時間變短是導(dǎo)致SAD患者冬季抑郁的主要原因。流行病學(xué)調(diào)查研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn), 相比低緯度地區(qū), 在終年太陽輻射相對較少的高緯度地區(qū), SAD的患病率顯著更高(Kegel et al., 2009), 其患病率約為5%, 另有15%的人則表現(xiàn)出SAD亞綜合征(Magnusson & Boivin, 2003; Rosen & Rosenthal, 1991); 從低緯度地區(qū)搬到高緯度地區(qū)的個體在冬季則會經(jīng)歷更嚴(yán)重的抑郁(Kurata et al., 2016; Low & Feissner, 1998)。來自嚙齒動物的研究結(jié)果也表明, 類似冬季有較短日間光照的短光周期會增加焦慮和抑郁樣行為。如Prendergast和Nelson (2005)發(fā)現(xiàn)雄性西伯利亞倉鼠在短8L/16D (8 h光照, 16 h黑暗)光周期中僅維持了14天, 就表現(xiàn)出類似抑郁的行為。Einat等人(2006)將肥胖沙鼠安置在短5L/19D光周期環(huán)境中21天后, 其在強(qiáng)迫游泳測試中表現(xiàn)出類似抑郁的反應(yīng)。夜間型西伯利亞倉鼠暴露在類似冬季的白晝較短(8L/16D)的環(huán)境中一段時間后, 在強(qiáng)迫游泳測試中會產(chǎn)生類似抑郁的反應(yīng), 而在高架迷宮任務(wù)測試中則會產(chǎn)生類似焦慮的反應(yīng)(Workman et al., 2011)。綜上, 短光周期會對情緒產(chǎn)生破壞性影響, 具體表現(xiàn)為當(dāng)日間光照時長變短時, 會導(dǎo)致抑郁和焦慮癥狀的發(fā)生和加重。

3.2 夜間光照對情緒的影響

盡管不同緯度地區(qū)的人們經(jīng)歷的自然光照模式存在差異, 但是世界各個地區(qū)的人們暴露在夜間光照下的情況卻沒有太大不同, 最近一項基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的研究表明世界上超過80%的人口以及超過99%的美國人和歐洲人生活在夜間光污染下(Falchi et al., 2016)。已有研究提示長期暴露于夜間光照下會增加個體罹患情緒障礙的風(fēng)險, 早期的田野研究發(fā)現(xiàn)老年人的抑郁癥狀與夜間暴露于光照下的強(qiáng)度、時長均存在顯著正相關(guān)(Obayashi et al., 2013)。近期的一項大樣本(265278名韓國人)研究表明暴露于夜間高照度室外燈光下的被試患抑郁癥的可能性更高, 且抑郁癥狀、自殺傾向與夜間室外光照強(qiáng)度呈線性相關(guān)(Min & Min, 2018)。另一項以美國青少年(10123名青少年)為樣本的調(diào)查研究也證實(shí), 夜間室外人工光照水平與情緒障礙(雙相障礙、重度抑郁癥以及焦慮癥等)的患病率呈顯著正相關(guān)(Paksarian et al., 2020)。來自嚙齒類動物研究的結(jié)果也提示夜間暗光光照會導(dǎo)致抑郁樣行為增加(Bedrosian et al., 2011; Bedrosian et al., 2013); 且夜間光照對抑郁癥狀的誘發(fā)作用表現(xiàn)出劑量依賴效應(yīng), 即在夜間光照下暴露的時間越長, 抑郁癥狀越嚴(yán)重(An et al., 2020)。因此, 長期暴露于夜間光照下會導(dǎo)致患抑郁癥的風(fēng)險增加; 且夜間光照度越高, 暴露時間越長, 抑郁癥狀更嚴(yán)重。

3.3 持續(xù)亮?暗光對情緒的影響

極端光照模式如持續(xù)光照(constant light, LL)和持續(xù)黑暗(constant dark, DD)在普通人類生活中較為少見, 但夜班工作者以及輪班工人則可能會比較頻繁地遇到這些情況。已有研究發(fā)現(xiàn), 持續(xù)光照會導(dǎo)致抑郁樣行為(Fonken et al., 2009; Tapia- Osorio et al., 2013)和焦慮樣行為(Tapia-Osorio et al., 2013; Zhou et al., 2018)的增加。如Tapia-Osorio等人(2013)發(fā)現(xiàn)短期(3～4周)和長期(6～7周)暴露于持續(xù)光照的雄性Wistar大鼠在蔗糖偏好測試中表現(xiàn)出輕度抑郁樣癥狀, 在曠野測試中焦慮行為增加。另一項最近的研究也證實(shí)持續(xù)光照4周后C57BL/6雄性小鼠的抑郁樣和焦慮樣行為均增加(Zhou et al., 2018)。光照完全剝奪的持續(xù)黑暗也會對嚙齒動物的情緒行為產(chǎn)生影響, 已有研究表明持續(xù)黑暗會導(dǎo)致抑郁樣行為增加(Lu et al., 2016; Monje et al., 2011)。如Monje等人(2011)將成年雄性老鼠置于持續(xù)黑暗下4周后, 老鼠表現(xiàn)出海馬細(xì)胞增殖的減少和抑郁樣行為的增加。另一項較新的研究也發(fā)現(xiàn)持續(xù)黑暗(3周)在小鼠中誘導(dǎo)了抑郁行為表型的發(fā)生(Lu et al., 2016)。不過, 相比抑郁情緒, 持續(xù)黑暗對焦慮情緒的影響比較微弱, 如一些研究發(fā)現(xiàn)持續(xù)黑暗使得小鼠的抑郁樣行為增加, 但對焦慮樣行為的影響并不顯著(Tapia- Osorio et al., 2013; Zhou et al., 2018)。因此, 與內(nèi)部生理節(jié)律完全不協(xié)同的持續(xù)光照和持續(xù)黑暗等時間模式會對情緒和情緒行為產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響, 誘發(fā)抑郁和焦慮等情緒障礙的發(fā)生。

值得注意的是上述部分動物模型的研究中采用的小鼠屬于夜間型動物或是基于具有情緒障礙的特殊群體, 結(jié)果可能不能完全適用于日間型人類或正常健康人群。但這些結(jié)果可以為我們探究光照作用于情緒的機(jī)制提供重要的借鑒與視角?；趧游锘蛱厥馊后w模型的結(jié)果對于人類的適用性如何, 以及如果要更加清晰和深入了解光照對人類情緒的影響, 在符合倫理的情況下, 基于人類被試開展相應(yīng)的研究是非常必要的。

4 光照影響情緒的調(diào)節(jié)因素

在探究環(huán)境光照對人類和動物情緒的非視覺作用時, 一些潛在的影響因素引起了研究者們的關(guān)注, 時間因素如光照時長、光照時間點(diǎn)等; 個體特征如性別、年齡、主觀偏好及基因類型等均可能在光照的情緒功能中扮演了一定的角色。

4.1 時間因素

已有證據(jù)均提示, 亮光暴露時長以及早晨開始接受亮光照射的時間點(diǎn)都與抑郁情緒呈顯著負(fù)相關(guān)。一段時間內(nèi)被試接受亮光暴露的時間越長(Esaki et al., 2019; Harb et al., 2015), 早上接受亮光暴露的時間越早(Figueiro et al., 2017; Jean-Louis et al., 2005), 其抑郁情緒評分越低。此外, 關(guān)于短時亮光暴露的實(shí)驗(yàn)室研究也發(fā)現(xiàn)了暴露時長可能的調(diào)節(jié)作用, 如Smolders和de Kort (2014)發(fā)現(xiàn)30分鐘的亮光(1000 lx)暴露對被試的積極情緒有改善作用, 而50分鐘的亮光(1000 lx)暴露對積極情緒和消極情緒的影響則變得不顯著(Smolders et al., 2012)。在這兩項研究中, 使用的測量工具、光照參數(shù)以及實(shí)驗(yàn)范式基本一致, 因此, 長時間高照度光照反而不利于個體主觀情緒體驗(yàn)。與之相反, 色溫對情緒的影響可能依賴于更長的光照作用時間, 如研究者們發(fā)現(xiàn), 1小時左右的高色溫暴露對情緒的影響不太顯著, 甚至對積極情緒存在輕微負(fù)性影響(Smolders & de Kort, 2017), 而相對更長(90 min)時間的高色溫暴露對個體的積極情緒則有顯著的提升作用(Hawes et al., 2012)。不過, 值得注意的是這些研究間還存在一些其他的混淆因素, 在評估光照對情緒的急性影響時需要綜合考慮光照時長與時間點(diǎn)等諸多調(diào)節(jié)因素。

4.2 個體特征

除了時間因素, 個體特征(性別和年齡)也會顯著調(diào)節(jié)環(huán)境光對情緒的作用效果。已有研究發(fā)現(xiàn)不同性別或年齡群體對光照的情緒反應(yīng)不一致。如早前的兩項研究發(fā)現(xiàn)女性的負(fù)性情緒在低色溫(3000 K)下減少, 在高色溫(4000 K)下增加; 而男性的負(fù)性情緒在低色溫下增加, 在高色溫下減少(Knez & Enmarker, 1998; McCloughan et al., 1999)。此外, 在高照度(約810 lx)下, 女性負(fù)性情緒顯著減少, 男性負(fù)性情緒顯著增加(Mccloughan et al., 1999)。在異常光照對情緒的負(fù)性影響中, 高緯度地區(qū)女性的SAD患病率顯著高于男性(Wirz- Justice et al., 2019), 來自嚙齒動物的研究也發(fā)現(xiàn)在持續(xù)黑暗下飼養(yǎng)3周后, 雌性小鼠比雄性小鼠表現(xiàn)更多的抑郁樣行為(Lu et al., 2016), 提示女性比男性對異常光照的負(fù)性效應(yīng)更敏感。除了性別, 年齡也是調(diào)節(jié)光照情緒功能的重要因素, 如Knez和Kers等人(2000)發(fā)現(xiàn)在光照暴露90分鐘后, 年輕被試的負(fù)性情緒在高色溫(4000 K)光照下增加較多, 年老被試的負(fù)性情緒在低色溫(3000 K)光照下增加較多。此外, 已有研究提示, 兒童和青少年對夜間光照暴露更為敏感(Obayashi et al., 2013), 青少年(13～18歲)對短波長光照的敏感性(褪黑素受抑制水平)顯著高于成年人(32～51歲) (Nagare et al., 2019); 這可能與不同年齡個體的褪黑素分泌水平不同有關(guān), 人的松果體褪黑素的分泌量隨著年齡的增長而遞減(Tan et al., 2018)。綜上可知, 性別和年齡是光照情緒功能的重要調(diào)節(jié)因素, 然而這一調(diào)節(jié)作用依賴的內(nèi)在機(jī)制仍有待進(jìn)一步的研究。

4.3 主觀偏好

在短時光照暴露中, 個體對光照的主觀評價和期望也會調(diào)節(jié)個體的情緒反應(yīng)。Maier等人(2016)報告稱被試對照明環(huán)境的期望水平比實(shí)際照明水平對個體心理狀態(tài)的影響更重要, 他們的研究結(jié)果顯示客觀照度水平對被試的情緒影響并不顯著, 但是個體對燈光環(huán)境持有的積極期望程度會影響被試的積極情緒。Kombeiz和Dietl (2018)也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果, 相比光照條件本身, 個體對光照的滿意度更能影響其對他人做出積極評價的程度, 光照滿意度與被試的積極情感呈顯著正相關(guān)。值得注意的是, “熟悉效應(yīng)”可能也會影響個體的情緒反應(yīng)(Baron et al., 1992), 人們通常更偏愛熟悉的事物; 因而, 熟悉的光照環(huán)境可能也會導(dǎo)向更積極的情緒。因此, 在未來的光照研究中, 被試對燈光環(huán)境的期望水平、視覺體驗(yàn)等因素應(yīng)納入綜合考量。

4.4 基因類型

基因類型也是調(diào)節(jié)光照情緒功能的重要因素。PER 3是人類和動物中最強(qiáng)烈的節(jié)律性基因之一, PER3在確定SCN以外的外周組織的晝夜節(jié)律周期和相位方面發(fā)揮著重要作用。PER3中的多態(tài)性與晝夜偏好、睡眠內(nèi)穩(wěn)態(tài)、認(rèn)知、光敏感性、情緒障礙等均存在相關(guān)(Archer et al., 2018)。相比PER34/4基因型個體, PER35/5基因型光敏感性更強(qiáng)(Chellappa et al., 2012); PER35/5基因型個體偏向?yàn)橐归g型晝夜節(jié)律; PER34/4基因型個體則傾向于為早間型(Dijk & Archer, 2010)。最新的一項綜述研究提出夜間型與抑郁癥之間存在高度正相關(guān)(Bauducco et al., 2020), 提示PER3多態(tài)性可能在光照與情緒之間起著重要作用。此外, 由于5-羥色胺轉(zhuǎn)運(yùn)體(5-HTT)的表達(dá)受到5-羥色胺轉(zhuǎn)運(yùn)體基因啟動子區(qū)域(5-HTTLPR)插入(L等位基因)/缺失(S等位基因)基因多態(tài)性的調(diào)節(jié), 例如與長(L)等位基因相比, 短(S)等位基因與減少的5-羥色胺信號有關(guān)(Heils et al., 1996), 并與罹患SAD和非典型抑郁癥的風(fēng)險增加有關(guān)(Rosenthal et al., 1998; Willeit et al., 2003)。早前另一項研究也發(fā)現(xiàn)5- HTTLPR多態(tài)性調(diào)節(jié)光照對健康被試前額葉區(qū)域功能連接的影響, 在進(jìn)行強(qiáng)光干預(yù)后, LG或S等位基因攜帶者前額葉皮層內(nèi)側(cè)的功能連接增強(qiáng), 但這種影響在LA/LA個體中則很小(Fisher et al., 2014)。因此, 5-HTTLPR的基因多態(tài)性對光照的情緒效應(yīng)也存在調(diào)節(jié)。盡管目前只報告了這兩種基因多態(tài)性對光照情緒功能的調(diào)節(jié), 但隨著全基因組研究以及靶向基因研究的逐步深入, 其他更多基因多態(tài)性的調(diào)節(jié)作用也有可能被提出。

綜上, 環(huán)境光照對情緒的影響會受到時間、個體特征、主觀偏好和基因類型等多種主客觀因素的調(diào)節(jié)。新近有研究還發(fā)現(xiàn)人格特質(zhì)與光照會協(xié)同影響個體的情緒(Veenstra & Koole, 2018), 如特質(zhì)憤怒個體在閱讀完憤怒情景梗概后, 狀態(tài)憤怒水平在亮光下顯著更高, 在暗光下則相對較低。因此, 未來研究在評估和探究光照的情緒功能時, 需要綜合考量以上調(diào)節(jié)因素以及其它潛在的影響因素, 對這些調(diào)節(jié)變量的厘清能夠?yàn)槿藗冋J(rèn)識環(huán)境光影響情緒的內(nèi)在機(jī)制提供新的視角。

5 光照影響情緒的作用機(jī)制

環(huán)境光照影響情緒的內(nèi)在作用機(jī)制一直是該領(lǐng)域研究的前沿與熱點(diǎn)問題。ipRGCs雖然在數(shù)量上只占視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞很小的一部分(<5%), 但卻具有廣泛的影響。ipRGCs的各亞型細(xì)胞(M1～ M6)投射至大腦的數(shù)十個區(qū)域(Schmidt et al., 2011), 其中很多區(qū)域在驅(qū)動光介導(dǎo)的生理和行為中起著重要作用。ipRGCs對調(diào)節(jié)抑郁和/或焦慮的細(xì)胞核有著直接的投射, 如內(nèi)側(cè)杏仁核(MA)、外側(cè)韁核(LHb)等, 表明光照對情緒可以產(chǎn)生直接的即時性作用。此外, ipRGCs可以將光信號傳遞至位于下丘腦的生物鐘——視交叉上核(SCN), SCN作為生理節(jié)律的主起搏器, 在內(nèi)部生理節(jié)律與外部明暗環(huán)境的同步過程中起著重要作用。與此同時, SCN也負(fù)責(zé)將光照信息傳遞至其他腦區(qū), 腹側(cè)被蓋區(qū)(VTA)、中縫核(raphe), 松果體(pineal)等腦區(qū)也屬于其直接或間接投射的區(qū)域(LeGates et al., 2014)。此外, 負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)睡眠?覺醒的腹外側(cè)視前區(qū)(VLPO)和視上核(SC)除了接受ipRGCs的直接投射外, 也接受來自SCN的投射。因此, 一方面光照在不改變生理節(jié)律的情況下, 能直接作用于情緒; 另一方面, 光照通過對生理節(jié)律及其下游生理過程的調(diào)節(jié), 對情緒產(chǎn)生間接影響。

5.1 直接激活效應(yīng)

盡管環(huán)境光照最重要的角色是生理節(jié)律授時器, 并能通過同步內(nèi)在生理節(jié)律進(jìn)而影響其它生理和行為活動。然而大量研究已證實(shí), 在不影響生理節(jié)律的情況下, 環(huán)境光照對情緒有著即時和直接的影響, 這主要是依賴于位于視網(wǎng)膜上的ipRGCs將光信號直接傳導(dǎo)至情緒調(diào)節(jié)相關(guān)的細(xì)胞核, 如內(nèi)側(cè)杏仁核(MA)和外側(cè)韁核(LHb) (Hattar et al., 2006; Hattar et al., 2002; Schmidt et al., 2011)。來自人類被試的腦成像證據(jù)證實(shí), 大腦皮層和皮層下結(jié)構(gòu)對短時急性光照有直接的神經(jīng)反應(yīng), 環(huán)境光照對大腦邊緣區(qū)域如杏仁核和海馬 (Vandewalle et al., 2009; Vandewalle et al., 2010)、扣帶回皮層(Alkozei et al., 2016)、前額葉皮層(Fisher et al., 2014; Yoshiike et al., 2018)等的神經(jīng)活動均會產(chǎn)生顯著影響。此外, 當(dāng)個體在加工負(fù)性情緒刺激時, 亮光會抑制杏仁核驅(qū)動的自下而上的情緒注意網(wǎng)絡(luò), 并增強(qiáng)前額葉皮層(PFC)介導(dǎo)的對杏仁核自上而下的調(diào)節(jié), 且這些邊緣區(qū)域的神經(jīng)活動表現(xiàn)出照度依賴的變化, 即照度越高, 這種調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)(Fisher et al., 2014; Yoshiike et al., 2018)。因此, 光照對邊緣腦區(qū)的調(diào)節(jié)是其直接影響情緒的重要機(jī)制; 具體而言, 光照既通過減弱杏仁核在加工負(fù)性情緒刺激的反應(yīng), 調(diào)節(jié)對情緒刺激自下而上的自動加工; 同時, 通過加強(qiáng)前額葉皮層與杏仁核的功能連接, 驅(qū)動對情緒刺激自上而下的抑制控制。此外, 已有研究更多地是在腦區(qū)層面而非主觀情緒評估以及行為反應(yīng)層面發(fā)現(xiàn)差異, 因此提示, 光對情緒的影響可能并不是通過單一腦區(qū)或有更加復(fù)雜的作用路徑。

在探究光模式對情緒的影響中, LHb被發(fā)現(xiàn)在其中扮演著重要的角色。Legates等人(2012)發(fā)現(xiàn)小鼠的晝夜節(jié)律和睡眠在不受到異常光照模式(T7)影響的情況下, 仍會表現(xiàn)出增加的抑郁樣行為, 而敲除黑視素基因的小鼠對T7循環(huán)的致郁效應(yīng)有保護(hù)作用, 提示環(huán)境光照通過ipRGCs對情緒存在直接影響。此后, Fernandez團(tuán)隊(2018)進(jìn)一步證實(shí)異常光照循環(huán)(T7)對情緒的影響與SCN無關(guān), 光照通過ipRGCs對外側(cè)韁核邊緣區(qū)(pHb)神經(jīng)元的慢性激活是其調(diào)節(jié)情緒并導(dǎo)致抑郁的基礎(chǔ)。具體而言, 光信號通過ipRGCs直接傳輸?shù)絧Hb, 并激活pHb神經(jīng)元, pHb神經(jīng)元再投射到前額葉皮層的前邊緣(PL)和邊緣下皮層(IL)并接受這兩個區(qū)域的下行反饋; 此外, pHb也投射到背側(cè)紋狀體和伏隔核這兩個與情緒相關(guān)的區(qū)域。不過ipRGCs-pHb這個回路并不廣泛參與情緒調(diào)節(jié), 而是專門跟蹤光模式的變化。最近, An等人(2020)也發(fā)現(xiàn)夜間光照的致郁效應(yīng)是由ipRGCs上的黑視素投射至外側(cè)韁核邊緣區(qū)(dpHb), 并進(jìn)一步投射到伏隔核(NAc)的神經(jīng)通路介導(dǎo)的; 由于dpHb還受到晝夜節(jié)律系統(tǒng)的調(diào)節(jié), 在夜間比在白天更容易被激活, 因此ipRGCs-dpHb-NAc通道可能更偏好傳導(dǎo)夜間的光信息, 從而使夜間光誘導(dǎo)的抑郁樣行為增加。Huang等(2019)等人也發(fā)現(xiàn)光照通過視網(wǎng)膜—腹側(cè)膝狀核/膝狀葉—外側(cè)韁核通道, 對外側(cè)韁核突觸后神經(jīng)元的抑制是光療產(chǎn)生作用的神經(jīng)基礎(chǔ), 且由于外側(cè)韁核突觸后神經(jīng)元對中縫背核以及腹側(cè)被蓋區(qū)等調(diào)節(jié)情緒相關(guān)行為(如獎賞、抑郁樣和焦慮樣行為等)的腦區(qū)有著直接的投射, 因此這一神經(jīng)通道可能對焦慮情緒也有緩解作用。綜上可知, 光照在不影響生理節(jié)律和睡眠的情況下, 通過ipRGCs激活或抑制相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)活動, 直接作用于情緒。

5.2 生理節(jié)律效應(yīng)

如上文所述SCN是生理節(jié)律的中心振蕩器, 接受來自視網(wǎng)膜上ipRGCs大量軸突的投射, 包括光/暗(LD)循環(huán)的信息(Moore et al., 2002)。光信號通過ipRGCs傳遞到SCN后, 位于SCN的主生物鐘與大腦和周圍組織中的許多系統(tǒng)和過程相互作用, 如參與調(diào)節(jié)神經(jīng)傳遞、激素分泌、神經(jīng)發(fā)生、新陳代謝、免疫功能以及睡眠?覺醒模式等。因此, 光信號到達(dá)SCN后, 作用于情緒的路徑是多樣化的, 在本文中將主要介紹褪黑素、單胺類神經(jīng)遞質(zhì)以及睡眠在其中可能扮演的角色。

5.2.1 褪黑素

褪黑素(melatonin, MT)是松果體分泌的一種神經(jīng)內(nèi)分泌激素, 光信號通過視網(wǎng)膜下丘腦束到達(dá)下丘腦SCN后, SCN通過多突觸通道將神經(jīng)信號投射到松果體, 調(diào)節(jié)褪黑素的分泌(Kalsbeek et al., 2006), 褪黑素的分泌水平是內(nèi)在生理節(jié)律的重要指標(biāo)。褪黑素對光照極為敏感, 其合成節(jié)律的幅度、相位、周期對光照的響應(yīng)都非常迅速。早期的研究表明健康被試暴露在45 lx光照下1小時, 血漿褪黑素濃度即降低60% (Brainard et al., 1988)。最近的研究發(fā)現(xiàn)健康人類被試在平均光照強(qiáng)度為24.6 lx的夜間光照下, 褪黑素濃度降低了50%, 且褪黑素分泌延遲的時長隨光照強(qiáng)度的增加而增加(Phillips et al., 2019)。褪黑素除了能反向調(diào)節(jié)SCN的節(jié)律震蕩外(Dubocovich, 2007); 也廣泛影響其它生理過程, 如已有研究證實(shí)褪黑素對海馬細(xì)胞增殖有積極作用(Crupi et al., 2010; Ramírez-Rodríguez et al., 2009), 并能刺激大腦產(chǎn)生神經(jīng)營養(yǎng)素(Kong et al., 2008), 降低大腦和周圍組織的促炎細(xì)胞因子水平(Brainard et al., 2001; Panda et al., 2002), 這些生理過程均被證明與抑郁癥的病理機(jī)制存在高相關(guān)。值得一提的是, 一些研究者提出環(huán)境光照變化導(dǎo)致的褪黑素分泌增加或分泌停止的時間延遲是SAD的病理機(jī)制之一(Pereira et al., 2017; Wehr, 1997); 且褪黑素受體激動劑和5-羥色胺受體拮抗劑阿格美拉汀等褪黑素能藥物在臨床前和臨床研究中均被證明具有良好的抗抑郁作用(Goodwin et al., 2009; Kennedy & Rizvi, 2010)。因此, 生理節(jié)律調(diào)控下的褪黑素變化是光照調(diào)節(jié)情緒功能的可能路徑之一。

5.2.2 單胺傳遞

單胺類神經(jīng)遞質(zhì)(如多巴胺、5-羥色胺等)及其受體在濃度、釋放和表達(dá)方面表現(xiàn)出節(jié)律性震蕩(Barassin et al., 2002; Khaldy et al., 2002; Malek et al., 2005; Weiner et al., 1992), 提示其也受到中央生物鐘的調(diào)節(jié)。已有研究發(fā)現(xiàn), 生理節(jié)律系統(tǒng)對單胺神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)節(jié)主要包括兩個方面, 一是通過生物鐘基因的局部表達(dá)(Guilding & Piggins, 2007), 其次是SCN對包括富含多巴胺能神經(jīng)元的腹側(cè)背蓋區(qū)(VTA)、富含5-羥色胺能神經(jīng)元的中縫背側(cè)和內(nèi)側(cè)核群的間接投射(McClung, 2013); 并進(jìn)而對抑郁、焦慮和獎賞行為等產(chǎn)生影響。因此, 環(huán)境光照通過生理節(jié)律系統(tǒng)作用于單胺神經(jīng)傳遞, 可能是情緒和情感障礙季節(jié)性變化的基礎(chǔ)。

環(huán)境光照對大腦多巴胺(Dopaminergic)能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)已經(jīng)得到大量研究的證明, 如在高日照條件下, 健康正常被試腦脊液中多巴胺(Dopamine, DA)受體可用性更高, 紋狀體突觸前DA合成則更低(Eisenberg et al., 2010; Tsai et al., 2011); DA濃度在大鼠紋狀體和伏隔核內(nèi)也以晝夜節(jié)律振蕩且DA節(jié)律對慢性持續(xù)光照有響應(yīng)(Casta?eda et al., 2003)。此外, 光照對血清素能(Serotonergic)系統(tǒng)也存在顯著的調(diào)節(jié), 大腦產(chǎn)生5-羥色胺(5- hydroxytryptamine, 5-HT)的速度與陽光照射的持續(xù)時間直接相關(guān), 且隨著光照強(qiáng)度的增加而迅速增加(Lambert et al., 2002)。研究發(fā)現(xiàn)每天的日照量和總體輻射量影響健康個體邊緣腦區(qū)域的5-HT-1A受體(在5-羥色胺能神經(jīng)傳遞中起著關(guān)鍵作用)結(jié)合值, 在低光照下, 5-HT-1A結(jié)合值減少20-30% (Spindelegger et al., 2012); 在冬季使用強(qiáng)光治療可以顯著增加前扣帶皮層以及前額葉皮層的5-HT活性(Gupta et al., 2013)。多巴胺系統(tǒng)和5-HT系統(tǒng)被認(rèn)為是抑郁癥病理機(jī)制中重要的神經(jīng)回路, 位于腹側(cè)被蓋區(qū)的DA對邊緣區(qū)的伏膈核、嗅結(jié)節(jié)、杏仁核、海馬以及內(nèi)側(cè)前額葉皮層和扣帶回等皮層區(qū)域進(jìn)行投射; 中縫核的5-羥色胺能軸突也廣泛地激活皮質(zhì)層、海馬、內(nèi)側(cè)杏仁核、終紋床核和下丘腦等腦區(qū)(Li & Li, 2018)。值得注意的是, 血清素能系統(tǒng)還將中腦中縫的投射散布到SCN, 為生理節(jié)律起搏器提供調(diào)節(jié)性輸入(Nestler & Hyman, 2010)。綜上, 受到生理節(jié)律系統(tǒng)調(diào)節(jié)的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞可能也是光照影響情緒的作用路徑之一。

5.2.3 睡眠

對睡眠的調(diào)節(jié)也是光照影響情緒的重要作用路徑之一。環(huán)境光照可以通過兩條路徑作用于睡眠, 一方面環(huán)境光信息通過夾帶內(nèi)源性生理節(jié)律, 進(jìn)而決定睡眠與覺醒的時間(Prayag, Munch, et al., 2019); 另一方面, 在不影響生理節(jié)律的情況下, 光照通過黑視素將光信號投射至VLPO和SC, 對睡眠和覺醒產(chǎn)生即時的影響(Altimus et al., 2008; Lupi et al., 2008; Tsai et al., 2009), 且這種短時急性影響在一天中的任何時候都可以觀察到(Tsai et al., 2009)。早期的研究證明光照療法能有效地提高SAD患者的睡眠效率和NREM中的delta水平, 且這種提升效應(yīng)并不取決照光時間, 提示光照對delta頻率的影響并不依賴生理節(jié)律的驅(qū)動, 而是由黑視素介導(dǎo)的直接影響(Anderson et al., 1994; Campbell et al., 1993)。

睡眠對情緒的影響是一個宏大且重要的主題,從睡眠?覺醒周期的角度而言, 當(dāng)內(nèi)在的晝夜節(jié)律(如褪黑素和體溫節(jié)律)相對于或睡眠/覺醒周期被延遲時, 睡眠周期和生理周期之間存在一個引起抑郁的相角(Germain & Kupfer, 2008; Lewy et al., 2007)。從睡眠結(jié)構(gòu)的角度而言, 快速眼動(REM)睡眠在激活情緒相關(guān)腦區(qū)(如杏仁核、海馬)以及抑制胺能神經(jīng)遞質(zhì)(如去甲腎上腺素和5-氫色胺)的傳遞中起著獨(dú)特的作用, 根據(jù)SFSR (sleep to forget and sleep to remember)模型, REM對于情緒刺激尤其消極刺激的記憶鞏固具有促進(jìn)作用。就睡眠時長而言, 睡眠不足會對情緒產(chǎn)生廣泛影響, 包括基本的情緒加工(如識別、反應(yīng)、表達(dá)), 以及高階復(fù)雜的社會情感功能(如孤獨(dú)、助人行為、虐待行為等), 其潛在的機(jī)制包括前額葉對杏仁核自上而下調(diào)節(jié)的缺失, 突顯網(wǎng)絡(luò)(腦島、扣帶回皮層等)中異常的皮層加工, 以及交感迷走神經(jīng)的改變等(Ben Simon et al., 2020)。此外, 急性睡眠剝奪(SD)被證明具有快速的抗抑郁效果(Boland et al., 2017), 其潛在的作用機(jī)制可能在于SD對細(xì)胞因子、皮質(zhì)醇、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子以及神經(jīng)可塑性的改變(Benedetti et al., 2008; Gorgulu & Caliyurt, 2009; Voderholzer et al., 2012)。因此, 盡管光照作用于睡眠的神經(jīng)機(jī)制已有比較清晰的結(jié)論, 然而光照作用下的睡眠又是如何進(jìn)一步影響情緒的, 有待未來更深入的討論。

總結(jié)而言, 環(huán)境光照可以通過影響生理節(jié)律、睡眠等中間變量對情緒產(chǎn)生間接的非視覺影響。然而由于生理節(jié)律系統(tǒng)持續(xù)影響神經(jīng)傳遞、激素分泌、免疫反應(yīng)、睡眠?覺醒周期, 由此導(dǎo)致光照對情緒產(chǎn)生影響的作用路徑也變得更為復(fù)雜和多樣。未來的研究可以借助來自動物模型、健康被試以及抑郁癥患者病理模型等多樣化的研究范式來建構(gòu)環(huán)境光影響情緒的作用路徑的綜合模型。

6 光照療法在臨床中的應(yīng)用

光照情緒功效的最佳證明是光照療法在季節(jié)性情感障礙(SAD)和其他情感障礙治療中的廣泛應(yīng)用。光照療法除了對SAD患者有效外, 對其他非季節(jié)性情感障礙(重度抑郁癥、雙相障礙、圍產(chǎn)期抑郁癥等)以及其他臨床疾病伴隨的情緒癥狀的治療也有一定功效。

6.1 光照療法的適用人群

在上個世紀(jì)的80年代, 光照療法最先被用于季節(jié)性情感障礙(Seasonal Affective Disorders, SAD)患者的治療中(Rosenthal et al., 1984), 光照療法由于其具有的良好抗抑郁作用、低經(jīng)濟(jì)成本、便于使用和極小的副作用等優(yōu)勢, 被廣泛地應(yīng)用于SAD和其他非季節(jié)性情感障礙患者的治療中。大量研究對光照療法作為單一療法或聯(lián)同其他抗抑郁藥物、或與完全睡眠剝奪相結(jié)合在情感障礙患者中的治療效果進(jìn)行了驗(yàn)證(Chang et al., 2018; D'Agostino et al., 2020; Lam et al., 2016; Lieverse et al., 2011; Zhao et al., 2018)。多項元分析結(jié)果表明, 光照療法在改善抑郁癥癥狀方面有小到中度的效果(效應(yīng)量在0.41～0.62之間); 且在一些研究中, 相比聯(lián)合藥物治療, 單一的光照療法有更大更顯著的抗抑郁效果(Al-Karawi & Jubair, 2016; Dallaspezia & Benedetti, 2020; Perera et al., 2016; Tseng et al., 2016)。值得一提的是, 光照療法對帕金森病患者的睡眠、情緒以及運(yùn)動功能均有積極的影響(Fifel & Videnovic, 2018; Videnovic et al., 2017; Willis et al., 2012)。此外, 研究表明光照療法對老年癡呆癥患者的認(rèn)知、情緒和行為也有積極的影響, 如減少焦慮、抑郁或激越癥狀等(Hanford & Figueiro, 2013; Mitolo et al., 2018)。

6.2 光照療法的使用

在光照療法中, 常用的光源包括燈箱、臺燈、護(hù)目鏡、吸頂燈和LED燈。關(guān)于光照強(qiáng)度, 系列研究證明, 在距離人眼50 cm的位置, 光照強(qiáng)度從176 lx到10000 lx 之間都會產(chǎn)生積極的抗抑郁效應(yīng)(Benedetti et al., 2003; Jiang et al., 2020; Loving et al., 2005; Strong et al., 2009)。對于光照的波長, 藍(lán)光、綠光和白光均被證明能顯著地改善情緒, 其中白光使用最為廣泛(Alotaibi et al., 2015)。由于黑視素對藍(lán)色光譜最為敏感, 有研究提示藍(lán)光在低照度情況下對于情緒的改善要優(yōu)于白光(Anderson et al., 2009)。不過, 也有研究者發(fā)現(xiàn)與白光相比, 藍(lán)光在情緒障礙治療中并沒有表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(Anderson et al., 2016; Chang et al., 2018; Gordijn et al., 2012; Zhao et al., 2018), 且由于藍(lán)光會影響視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的生理機(jī)能, 如降低感光細(xì)胞的反應(yīng)(Kuse et al., 2014; Stephenson et al., 2012)。因此, 在對藍(lán)光的潛在影響缺乏更多了解的情況下, 在光療中使用單色藍(lán)光需要更為謹(jǐn)慎。

關(guān)于照光時間點(diǎn), 研究者們認(rèn)為因根據(jù)其治療對象不同而進(jìn)行調(diào)整, 對于季節(jié)性情感障礙患者, 應(yīng)根據(jù)其病理機(jī)制——生理節(jié)律相位提前還是相位推遲來決定, 對于相位提前的患者, 應(yīng)選擇晚上照光; 對于相位推遲的患者, 則應(yīng)該選擇早上照光(Choukroun & Geoffroy, 2019)。對于雙相抑郁障礙患者, 在早上或中午進(jìn)行光照效果更好, 每周逐漸增加15分鐘, 直到第四周的目標(biāo)劑量60分鐘, 這樣能減少患者在經(jīng)過光療后轉(zhuǎn)入躁狂期的幾率。每天的光照時長取決于光照強(qiáng)度, 如2500 lx則對應(yīng)每天2小時, 5000 lx對應(yīng)每天1小時, 10000 lx對應(yīng)每天30分鐘。光療周期在研究中一般為2～6周, 在臨床治療中, 研究者們建議開始光療的起始時間應(yīng)該在白天日照時間變短的秋天或冬天, 并持續(xù)到患者的癥狀可以自行緩解的春天或夏天。在進(jìn)行光照時, 患者必須保持眼睛睜開, 但是不需要直視光線; 在治療期間可以進(jìn)食或閱讀, 只需保證光線進(jìn)入了瞳孔(Maruani & Geoffroy, 2019)。

7 未來的研究展望

7.1 短時光照對情緒的作用模式有待明確

關(guān)于短時光照對情緒的影響, 已有研究得到的結(jié)論并不十分一致, 這可能是受到很多干擾因素影響的緣故。首先在一天中的不同時間點(diǎn)進(jìn)行光照, 對生理節(jié)律的影響不同, 比如在晨間進(jìn)行光照會前置生理節(jié)律相位, 在夜晚進(jìn)行光照則會使相位推遲; 因而對情緒的影響可能也就不同。其次, 盡管都是短時光照, 但是不同研究進(jìn)行光照的時長均不相等, 近期的一項研究表明人類ipRGCs上各個亞型細(xì)胞對亮光的響應(yīng)時長各不相同(Mure et al., 2019)。因此, 光照對情緒的影響在時間變量上是否存在邊界調(diào)節(jié)尚未可知。此外, 一些研究指出在短時光照暴露中, 高照度或高色溫對積極情緒有提升作用, 但另一些研究卻發(fā)現(xiàn)高照度或高色溫會惡化情緒。未來研究可以通過多設(shè)置照度水平或色溫水平來探究照度和色溫影響情緒的規(guī)律。另外, 新近一項研究提出光照的非視覺效應(yīng)主要取決于黑視素照度水平(Brown, 2020), 相比照度和色溫, 以黑視素照度作為操作標(biāo)準(zhǔn)是否更有利于探究光照影響情緒的非視覺效應(yīng)有待進(jìn)一步研究。

7.2 情緒測量維度多樣化與客觀化

已有探究光照影響人類情緒的研究中, 大多采用主觀自陳量表來評估光照引起的情緒變化。如在情緒障礙患者群體的研究中, 常采用用于臨床診斷的抑郁評估量表(如漢密頓抑郁量表(HRSD)等。在探究光照對情緒的即時影響時, 采用的主觀情緒測量工具則更為多樣, 如積極消極情緒量表(PANAS)、簡明心理狀態(tài)量表(POMS)、自我評估人體模型(the Self-Assessment Manikin, SAM)以及語義差異量表(一對或多對形容詞)等, 這些多樣化的測量工具一方面會增加不同研究結(jié)果橫向?qū)Ρ鹊碾y度; 另一方面容易受到個體主觀因素的干擾。已有研究表明光照對皮層區(qū)域、皮層下區(qū)域、外周系統(tǒng)產(chǎn)生影響所需要的光照暴露時長不盡相同(Prayag, Jost, et al., 2019), 提示光照對情緒的即時性影響在神經(jīng)層面和行為層面發(fā)生響應(yīng)存在時間差異性。未來的研究可以借助認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究技術(shù), 嘗試同時考察不同環(huán)境光照下個體主觀情緒體驗(yàn)與客觀神經(jīng)活動的變化特點(diǎn), 通過對光照作用下主觀體驗(yàn)、行為記錄、生理反應(yīng)與神經(jīng)活動等多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析來評估環(huán)境光照的情緒功效。

7.3 光照的視覺功能對情緒的誘發(fā)作用

當(dāng)前探討環(huán)境光照對情緒的影響研究中, 研究者大多聚焦于ipRGCs細(xì)胞所介導(dǎo)的非視覺功效。然而環(huán)境光照作為一種物理刺激, 本身就會傳達(dá)特定的情感意義(Quartier et al., 2014), 如有研究發(fā)現(xiàn)個體特征對燈光的滿意度、期望以及偏好都會顯著影響其情緒反應(yīng)(Kuller et al., 2006; Maier et al., 2016)。此外, 在不同的照明環(huán)境中, 不同照度、不同色溫、不同波長、不同照明方式(直接或間接照明)所形成的光環(huán)境的視覺感受并不相同, 比如低色溫光照給人溫暖、放松的感覺, 高色溫光照給人正式、活力的感覺等(Cui et al., 2018; Tantanatewin & Inkarojrit, 2016; Wei et al., 2014)。因此, 值得關(guān)注的一個核心問題是, 由視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞為主對光照形成的視覺感知是否也會對情緒產(chǎn)生影響？如果有影響, 它在其中的貢獻(xiàn)如何以及如何進(jìn)行分離？這是未來研究需要探討的問題。

8 小結(jié)

環(huán)境光照對情緒的影響是一個非常重要的話題, 目前關(guān)于環(huán)境光照對情緒的影響主要集中于光療的抗抑郁效應(yīng)以及不同光照模式導(dǎo)致的生理節(jié)律紊亂; 關(guān)于短時光照對情緒的影響也有一定程度的探討, 但研究結(jié)果存在較大差異。此外, 對于環(huán)境光照影響情緒的作用通道尚未有明確的共識。事實(shí)上, 光照的物理參數(shù)、作用時間點(diǎn)、作用時長以及不同模式影響情緒的方向可能不一致(改善或惡化), 因而其作用機(jī)制也就并不相同。環(huán)境光照對人類情緒的影響仍存在很多需要被回答的問題。在外部環(huán)境明暗周期越來越模糊的今天, 人類暴露在光照下的時間被大大地延長; 因生活或工作方式導(dǎo)致的社會節(jié)律與正常明暗周期去同步化也越來越普遍, 探究這些改變?nèi)绾斡绊懭藗兊那榫w有助于對客觀環(huán)境和個體主觀生活方式進(jìn)行合理干預(yù), 從而提高人們的生活幸福感和心理健康程度。此外, 這也可能為光照在臨床和非臨床的應(yīng)用中提供更多客觀科學(xué)的依據(jù)。

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Effects of ambient light on mood and its mechanism

LI Yun1,2, RU Taotao2,3, LI Siyu1,2, CHEN Hanyu1,2, XIE Shuya1,2, ZHOU Guofu2,3

(1School of Psychology, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)(2Lab of Light and Physio-psychological Health, National Center for International Research on Green Optoelectronics, South China Normal University, Guangzhou 510006, China)(3Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Information Materials and Technology & Institute of Electronic Paper Displays, South China Academy of Advanced Optoelectronics, South China Normal University, Guangzhou 510006, China)

Ambient light broadly modulates individuals’ physiological and psychological functions as a zeitgeber, and its non-image-forming (NIF) effects on individuals’ mood attract wide attention recently. Previous studies have demonstrated that illuminance, correlated color temperature, and wavelength are key physical factors influencing mood. Unusual light patterns such as short lighting periods, artificial lighting during the night, and constant lighting or darkness may lead to affective disorders. In addition, the NIF effects of ambient light on mood are also modulated by exposure duration, timing, individual characteristics, subjective preferences, and gene types. The potential mechanisms that underlie the modulatory effects of light on mood are discussed from two aspects: on the one hand, the intrinsically photosensitive retinal ganglion cells may project light signals to the brain areas responsible for emotional regulation. On the other hand, ambient light may regulate mood by altering circadian rhythms, hormone secretion, neurotransmission, and sleep. Future efforts are necessary to address the effects of short-term light exposure on mood by introducing more objective and diverse emotional measurement techniques, integrating visual and non-visual neural pathways, and further exploring the therapeutic effects of light among people with mood disorders.

Ambient light, mood, physical factors, light patterns, underlying mechanism

B849

2020-09-23

* 國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目(2016YFB0401202)、全國教育科學(xué)規(guī)劃教育部青年課題(EBA190467)、廣州市科技計劃(2019050001)、廣東省光信息材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(2017B030301007)、國家高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃111引智基地項目。

汝濤濤, E-mail: taotao.ru@m.scnu.edu.cn