林 怡，劉 聰

(同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院；高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點實驗室，上海 200092)

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辦公照明的光生物效應(yīng)研究綜述

林 怡，劉 聰

(同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院；高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點實驗室，上海 200092)

隨著對光生物效應(yīng)認(rèn)識的逐步提升，辦公空間光環(huán)境品質(zhì)要求已從過去集中于視覺功效的需求逐步擴展到健康需求。辦公空間照明設(shè)計的關(guān)鍵要素，如照度、色溫、空間分布等不僅影響視覺效果，亦通過非視覺通道對人體晝夜節(jié)律產(chǎn)生作用，進而對辦公人員的睡眠質(zhì)量、情緒、警覺性等產(chǎn)生不同程度的影響作用。從光生物效應(yīng)角度對辦公照明進行研究，成為健康照明的研究熱點之一。辦公照明的相關(guān)實驗研究方法也從傳統(tǒng)的主觀評價，發(fā)展為包括各類生理指標(biāo)在內(nèi)的主客觀數(shù)據(jù)相互補充、印證，并逐漸拓展至醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、行為學(xué)等的實驗方法。本文針對辦公空間的光生物效應(yīng)的相關(guān)研究，梳理國內(nèi)外文獻(xiàn)，總結(jié)研究成果，分析實驗方法和技術(shù)手段，探討辦公照明領(lǐng)域的研究重點和發(fā)展方向。

辦公照明；非視覺；生物效應(yīng)；照度；光譜；健康照明

引言

光環(huán)境作為辦公空間最為重要的物理環(huán)境因素之一，不僅對視覺系統(tǒng)產(chǎn)生影響，還通過非視覺通道作用于人體晝夜節(jié)律系統(tǒng)，影響辦公人員的人因功效[1]。自人類使用電光源照明至今，百年來針對辦公照明的視覺功效研究已形成較為成熟的研究方法及設(shè)計理論，并在現(xiàn)有辦公照明的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或?qū)t中得以體現(xiàn)。而近二十年對于光生物效應(yīng)的研究則從另一側(cè)面，揭示辦公空間光照還將直接作用于人體內(nèi)部計時機制，調(diào)節(jié)人體晝夜節(jié)律系統(tǒng)，進而對包括睡眠及情緒在內(nèi)的身心健康產(chǎn)生重要影響[2-3]。

然而現(xiàn)有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)視覺需求進行編制，很少考慮人體節(jié)律。標(biāo)準(zhǔn)所定的工作面水平照度已可充分保障視覺作業(yè)，但卻不足以充分滿足人體的節(jié)律系統(tǒng)需求[4,5,26]。加之現(xiàn)實層面上受規(guī)劃指標(biāo)、經(jīng)濟性等因素限制，我國辦公建筑自然采光水平也普遍偏低[16]。大量日間時段處于室內(nèi)的辦公人員可獲得的光生物刺激非常有限，將對其健康水平產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，從光生物效應(yīng)角度出發(fā)，針對辦公空間探討其光環(huán)境對于辦公人員身心健康的影響作用，已顯現(xiàn)出其重要性和必要性。

目前關(guān)于光生物效應(yīng)的研究仍處于初期階段，具體生理作用機制還未能十分明確。針對辦公空間的相關(guān)研究則具有一定的探索性，相關(guān)研究方法和實驗手段也有待通過驗證準(zhǔn)確性、可靠性。本文通過梳理國內(nèi)外辦公空間光的非視覺生物效應(yīng)的相關(guān)研究，總結(jié)已有成果，分析現(xiàn)有的實驗方法和技術(shù)手段，為未來辦公空間健康照明的研究以及設(shè)計提供一定理論參考和依據(jù)。

1 光生物效應(yīng)對人體節(jié)律的影響作用

人體晝夜節(jié)律主要由位于大腦下丘腦的視神經(jīng)交叉上核(Suprachiasmatic Nuclei, SCN)激發(fā)，形成節(jié)律振蕩[6]。由于人類主生物時鐘的周期略長于24h，為了保持與外部世界的太陽時同步，需要視網(wǎng)膜上的光-暗刺激來重置SCN的定時系統(tǒng)。如光-暗刺激的周期太長或太短，或者非周期性，或缺乏光-暗刺激，SCN就可能失去對人體晝夜節(jié)律定時控制，導(dǎo)致晝夜節(jié)律紊亂，產(chǎn)生諸多健康問題。如經(jīng)歷時差產(chǎn)生的短期節(jié)律不同步影響人的睡眠品質(zhì)、消化能力和警覺性[7]。長期慢性節(jié)律紊亂，則會導(dǎo)致更嚴(yán)重的健康問題，如睡眠障礙[8]、情緒障礙(季節(jié)性抑郁)[9]、免疫力低下[10]、降低女性受孕率，增加流產(chǎn)和乳腺癌的風(fēng)險[11]，誘發(fā)心血管疾病[12]和促進惡性腫瘤的生長[13]等。

不同于視覺系統(tǒng)，對于節(jié)律系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用則是通過非視覺神經(jīng)通路(non-visual forming system)[2]。視網(wǎng)膜上的內(nèi)在光敏神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(ipRGCs)將光信號通過下丘腦通路，傳達(dá)到SCN，再經(jīng)由腦室外神經(jīng)核和上部頸神經(jīng)神經(jīng)結(jié)，作用于松果體，促進或抑制血液中褪黑激素(melatonin，褪黑激素)的含量，進而調(diào)節(jié)人體晝夜節(jié)律(Circadian Rhythm)。

通過非視覺通路，晝夜節(jié)律系統(tǒng)主要受光照的光譜、強度、時刻、時長以及空間分布五個關(guān)鍵因素的影響[3]。以褪黑激素作為節(jié)律系統(tǒng)重要指征的大量基礎(chǔ)研究已顯示出晝夜節(jié)律系統(tǒng)對于光的敏感度與視覺系統(tǒng)相差甚遠(yuǎn)。晝夜節(jié)律需要更高強度(有研究認(rèn)為眼部照度至少需要1 000 lx[15])和相對更短波長(460～490 nm)[16]的光照刺激才能被激活。而不同時刻發(fā)生的光照刺激則會影響晝夜節(jié)律的相位反應(yīng)。對于人體，接近于清晨時的光照刺激使得節(jié)律相位提前，黃昏時的光照刺激則推后相位[17-18]。

2 光生物效應(yīng)對辦公人員的生理及心理影響

人類對光視覺效果的研究已經(jīng)超過了500年。自電光源發(fā)明以來，對于工作效率的追求，使得視覺功效在很長時間內(nèi)都是辦公照明的研究重點。而生物解剖學(xué)上ipRGCs感光細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，以及對辦公人員身心健康的日益重視，辦公照明的研究熱點開始逐步轉(zhuǎn)向光生物效應(yīng)，以及對辦公人員身心健康的影響。

針對辦公空間，光生物效應(yīng)的研究多是以某個單獨的光照要素或要素組合為研究對象，探索光通過非視覺通道作用于人體晝夜節(jié)律系統(tǒng)，進而對情緒、警覺性、疲勞度、睡眠質(zhì)量的等生理、心理產(chǎn)生的影響。表1為相關(guān)重要實驗研究的關(guān)鍵參數(shù)以及主要結(jié)論。圖1為辦公空間光環(huán)境與人員工作效率及身心健康的影響作用關(guān)系圖。由于篇幅所限，本文主要討論與光生物效應(yīng)關(guān)聯(lián)性顯著，且與人員健康水平、工作效率直接相關(guān)的警覺性、睡眠以及情緒受光生物效應(yīng)的影響作用。

圖1 辦公空間光環(huán)境與辦公人員作業(yè)績效及健康的影響關(guān)系圖Fig.1 The relationship between the performance of light environment and the performance and health of office workers

年份作者實驗場地實驗參數(shù)研究對象1993R．Külleretal實驗室照度、色溫(3000Kvs5500K、450lxvs1700lx)褪黑激素、皮質(zhì)醇、EEG、主觀舒適度1997PRBoyceetal實驗室日光，照度50～2800lx，色溫2800～6500K睡眠質(zhì)量、認(rèn)知能力、情緒(非)2007PeterRMillsetal現(xiàn)場色溫(17000Kvs2900K)疲勞度、警覺性、嗜睡度、活力、精神健康2007GeorgHoffmannetal實驗室500～1800lx，6500Kvs500lx，4000K褪黑激素(非)、情緒2008AntoineUViolaetal現(xiàn)場色溫(17000Kvs4000K)警覺性、睡眠質(zhì)量2012IMIskra?Golecetal現(xiàn)場色溫(17000Kvs4000K)，眼部照度500lx情緒、困倦度2012MCMGordijnetal實驗室9000lx，5000Kvs17000K情緒(季節(jié)性情感失調(diào))2012VKretschmeretal實驗室3000lxvs300lx工作記憶力、專注力、持續(xù)注意力(非)2014MohamedBoubekrietal現(xiàn)場有日光vs無日光自我評估健康水平、活力、睡眠質(zhì)量2014KCHJSmoldersetal實驗室眼部照度(1000lxvs200lx)警覺性、EEG、心率(非)2016MGFigueiroetal現(xiàn)場夏季受光量vs冬季受光量睡眠質(zhì)量、睡眠時長

2.1 警覺性與光照

警覺是一種感官意識積極關(guān)注外部的狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)并及時應(yīng)對危險或緊急情況，或快速感知并行動。它與心理學(xué)以及生理學(xué)相關(guān)。缺乏警覺性是許多病癥的癥狀，包括發(fā)作性睡病、注意力缺陷障礙、慢性疲勞綜合征、抑郁癥或睡眠剝奪。辦公人員缺乏警覺性則會影響其工作狀態(tài)，降低工作效率。

光照對于警覺性的研究早期多是在被試睡眠剝奪的條件下進行的。研究發(fā)現(xiàn)夜間的高強度光照(大于1 000 lx)能夠有效降低被試?yán)Ь攵龋岣呔X性，并縮短反應(yīng)時間，提高工作效率[3,19]。近年來的研究則發(fā)現(xiàn)無需睡眠剝奪或低照度環(huán)境適應(yīng)，日間光照與夜間光照一樣可以提高警覺性，改善工作效率[15]。Smolders等發(fā)現(xiàn)日間工作時段，當(dāng)眼部照度從200 lx提升到1 000 lx，引起α和θ波的相對功率密度減少，反映了被試警覺性的升高[21,57]。

進入室內(nèi)的自然光照強度同樣影響工作人員的警覺性[22-23]。林怡等研究發(fā)現(xiàn)工作人員的自報告困倦度與其工作位距離采光窗的遠(yuǎn)近程度顯性相關(guān)，離窗小于2 m的工作人員困倦度低于距窗較遠(yuǎn)的工作人員[24]。分析認(rèn)為窗戶距離影響了工作人員在日間可獲得的自然光照水平，離窗2 m以內(nèi)的工作人員獲得的光照刺激遠(yuǎn)高于近窗人員，進而利于減少其困倦度。

由于節(jié)律系統(tǒng)對于短波長光照更為敏感，作為光譜能量分布決定的色表指標(biāo)，色溫同樣影響辦公人員警覺性和困倦度。大量研究認(rèn)為波長460～490 nm的藍(lán)光對于褪黑激素具有即時作用，利于降低困倦度，提高警覺性[25,27,28]。也有多個現(xiàn)場實驗研究比對了富含藍(lán)光的17 000 K與中性色溫光照條件下工作人員的困倦度、警覺性，結(jié)果亦顯示高色溫顯著利于提高警覺性，降低困倦度，提高活力和工作效率[18,29]。2015年，林怡、董英俊的辦公室現(xiàn)場實驗研究中，在上午工作開始時給與工作人員富含藍(lán)光的白光(8 000 K，眼部照度1 000 lx)45分鐘光照刺激，受試者自報告覺醒度和警覺性顯著提高[30]。

光照對于警覺性的影響作用，大多研究認(rèn)為主要基于光照對于褪黑激素的抑制作用，警覺性提升與光照對與褪黑激素(melatonin)的抑制程度呈正相關(guān)[31]。然而，日間進行的相關(guān)研究，卻很難用此方式解釋。因為在日間，人體褪黑激素水平已是處于低水平狀態(tài)，強光照射雖然利于夜間的褪黑激素的分泌量增加[2]，但對于褪黑激素即時的影響作用很小，具體作用機制仍有待更深入的探討研究。

2.2 睡眠、睡眠質(zhì)量與光照

褪黑激素直接影響人體的睡眠，其分泌量的增加，會催生羥色胺，進而促進慢波睡眠( Slow-wave sleep)，改善睡眠[32]。如果褪黑激素分泌量受抑制則會不利于入睡和睡眠質(zhì)量。因此，光照的非視覺效應(yīng)對于睡眠及其質(zhì)量有著直接而顯著的影響作用。

已有大量研究表明，高強度光照，尤其短波光譜能夠調(diào)節(jié)人體晝夜節(jié)律，改善睡眠質(zhì)量。由于睡眠及其質(zhì)量會受到較多外部因素的影響，因此相對于其他績效或健康要素，對于睡眠及睡眠質(zhì)量的研究多采用真實場景下的跟蹤研究方式。

由于天然光既是人類進化形成晝夜節(jié)律的根本原因，又滿足強度充分、短波光譜、時間適應(yīng)等條件，因此被認(rèn)為是調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的理想光源。研究認(rèn)為高強度日光照射對于工作人員睡眠及睡眠質(zhì)量有促進作用[33,43]。HUBALEK等曾對23名辦公室工作人員進行了為期7天的跟蹤調(diào)研，采用穿戴式探測裝置記錄受試眼部照度以及獲得的藍(lán)光輻射量，并要求被試每晚睡前填寫問卷。結(jié)果顯示日間進入眼部的光照數(shù)量，對當(dāng)天晚間的睡眠質(zhì)量產(chǎn)生顯著的促進作用[34]。Figueiro和Rea同樣利用可穿戴設(shè)備持續(xù)記錄同一棟辦公建筑中11名辦公人員在夏冬兩季各7天的受光量與睡眠情況。結(jié)果表明，夏季接受日光照射顯著高于冬季，同時夏季辦公人員睡眠時長與睡眠質(zhì)量均顯著高于冬季[14，55]。但亦有針對專職工作人員的相似跟蹤實驗研究認(rèn)為工作時間表對于其睡眠影響強于其日間所受光照數(shù)量的變化[20]。Aries等記錄了十棟辦公建筑中42名辦公人員日常工作受光量，并采用問卷(Groninger Sleep Quality Scale)評估睡眠質(zhì)量，認(rèn)為眼部垂直照度與睡眠質(zhì)量之間存在顯著的影響關(guān)系，如圖2所示[36]。林怡等則在上海地區(qū)20個辦公空間內(nèi)發(fā)放的190份問卷，結(jié)果顯示工作人員其睡眠品質(zhì)(入睡速度與睡醒后的狀態(tài))與工作位離窗的遠(yuǎn)近程度顯性相關(guān)。距窗較近(小于4m)的工作人員相對于距離較遠(yuǎn)的人員其入睡速度更快，睡醒后覺得狀態(tài)更佳。同時進行的現(xiàn)場實測結(jié)果亦表明近窗工作人員可獲得更多強度更高的自然光照[24]。Mohamed Boubekri等在對比兩組辦公人員的工作狀態(tài)與睡眠質(zhì)量后，發(fā)現(xiàn)可接受到日光照射的辦公人員睡眠質(zhì)量，以及工作表現(xiàn)和活力較無法得到日光照射的工作人員組高[37]。這些研究均顯示出強度相對更高、藍(lán)光含量較豐富的自然光照利于辦公人員睡眠及其質(zhì)量，因而也對辦公室建筑設(shè)計提出應(yīng)考慮提高采光水平的要求。

圖2 眼部垂直照度Evert與睡眠質(zhì)量影響關(guān)系圖Fig.2 The relationship between eye vertical illumination Evert and sleep quality

同時，采用人工光源進行的相關(guān)研究結(jié)果也顯示出在現(xiàn)實場景中長時間給予富含藍(lán)光或明亮白光有利于工作人員的睡眠質(zhì)量。Vetter C等(2011)對比了富藍(lán)白光與日光對節(jié)律的影響，結(jié)果表明，富含藍(lán)光的人工光同樣能夠起到調(diào)整人體晝夜節(jié)律與睡眠質(zhì)量的作用[38]。Mills(2007)和Viola(2008)的兩個現(xiàn)場實驗亦顯示持續(xù)數(shù)周的富含藍(lán)光的照明，相對于較低色溫照明的情況，提升了辦公人員的睡眠質(zhì)量[29,18]。Figueiro和Rea的研究認(rèn)為在清晨減少藍(lán)光的受光量，或在夜晚增加藍(lán)光成分光照將導(dǎo)致青少年睡眠延遲[39]。這些研究也為如何在辦公空間采用恰當(dāng)?shù)娜斯ふ彰鳎瑥浹a自然光不足，改善工作人員睡眠質(zhì)量，提供了設(shè)計思路和理論支持。

2.3 情緒與光照

早在1981年，Lewy就采用延長日光光照時間或利用人工日光治療抑郁癥[40]。到今天，采用光療法已成為醫(yī)療領(lǐng)域治療季節(jié)性情感障礙(SAD)的標(biāo)準(zhǔn)方案，也被當(dāng)作非季節(jié)性情感障礙的治療備選方案[41-42]。雖然SAD 發(fā)病機理迄今尚未完全查明，但大多假設(shè)都與褪黑激素水平有關(guān)[47]。

對于健康人群，高強度的光照以及富藍(lán)光照亦更利于正面情緒[2，16，35]。M.aan het Rot等人[44]在加拿大蒙特利爾(北緯45°)的研究監(jiān)測了具有輕度季節(jié)性特征(采用Global Seasonality Scale進行評估，分?jǐn)?shù)范圍0～24，其中6～11得分的受試者被認(rèn)為具有輕度季節(jié)性。)的健康人群受明亮光線(大于1 000 lx)短時影響作用下社會性行為和情緒的變化。在夏季和冬季分別持續(xù)20天的數(shù)據(jù)顯示明亮光照與“爭吵行為”、“贊同行為”、“愉悅”、“積極”等社會行為或情緒顯性相關(guān)。如不考慮季節(jié)因素，無論是上午、下午或晚上處于明亮的光照的時長與他們的積極的社會性互動行為的數(shù)量相關(guān)。Partonen和L?nnqvist (2 000)在芬蘭冬季月份進行的現(xiàn)場實驗顯示，持續(xù)4周，每周至少5天，每天1 h高強度(眼部照度2 500 lx)光照后，辦公人員活力度顯著提升[45]。IM Iskra-Golec等對比17 000 K與4 000 K環(huán)境中的女性員工的情緒與工作狀態(tài)，結(jié)果顯示，早晨或午間17 000 K光照有利于改善情緒[46]。

近年來，我國學(xué)者也在建筑光環(huán)境領(lǐng)域逐步開展與情緒相關(guān)的研究。楊春宇等[47]從光生物效應(yīng)的角度探討如何根據(jù)我國不同光氣候地區(qū)特征確定照明標(biāo)準(zhǔn)以調(diào)節(jié)和預(yù)防大學(xué)生的季節(jié)性情感障礙問題。郝洛西等[48]則針對心血管內(nèi)科重癥監(jiān)護室這一特殊空間，研究不同時段、有效促進被試正面情緒的照度及色溫最優(yōu)組合，探索危重病人情緒與光照環(huán)境要素的關(guān)系。

研究顯示光照除通過視覺通道影響人的心理情緒，還會通過非視覺通道作用于節(jié)律系統(tǒng)，從生理層面上對情緒產(chǎn)生不可忽視的影響作用。因而，在對身心健康日益重視的今天，辦公光環(huán)境對于人員情緒的影響，也應(yīng)考慮逐步納入設(shè)計及應(yīng)用實踐中。

綜上所述，辦公空間光環(huán)境對于辦公人員人因功效作用顯著，不僅通過視覺系統(tǒng)，亦通過非視覺通道作用于節(jié)律系統(tǒng)，對辦公人員睡眠、警覺度、情緒等產(chǎn)生一定的影響，進而影響工作效率和身心健康。

3 實驗研究方法

與傳統(tǒng)針對視覺的光環(huán)境研究不同，由于非視覺效應(yīng)涉及節(jié)律、情緒、認(rèn)知等醫(yī)學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域，因此多是跨專業(yè)、多學(xué)科的合作研究，也從其他學(xué)科研究中引入不同的實驗方法和手段。從早期的實驗室實驗到現(xiàn)場改造實驗，再到未來可能的虛擬現(xiàn)實技術(shù)；從主觀評價到客觀生理指標(biāo)，再到心理學(xué)、行為學(xué)任務(wù)與腦電波，越來越精準(zhǔn)的測量指標(biāo)應(yīng)用到辦公照明研究中，將更全面、準(zhǔn)確地對光的生物效應(yīng)進行分析。

3.1 實驗場地

光的非視覺效應(yīng)研究可分為兩大類，一是偏重于生理學(xué)與醫(yī)學(xué)的光生物效應(yīng)的實驗室機理性研究，二是針對具體功能空間的效應(yīng)研究。而具體到應(yīng)用場所——辦公空間，則又分為實驗室模擬實驗研究和真實場景下的現(xiàn)場實驗研究。

模擬實驗間進行研究的優(yōu)點在于可以較嚴(yán)格地控制實驗流程，精準(zhǔn)設(shè)置實驗變量，盡可能減少除研究變量以外的其他因素對實驗的干擾，獲得較為可靠的實驗數(shù)據(jù)。此外，一些實驗設(shè)備也對環(huán)境有一定要求，尤其是腦波采集設(shè)備如EEG、ERP等對于使用環(huán)境以及使用者的配合程度都有較高的要求，只能在特定的實驗室內(nèi)才可有效采集。但通常實驗室實驗進行時間長度及周期有限，被試暴露于光環(huán)境場景中的時間相對較短，非即時性的影響可能難以獲得。

現(xiàn)場實驗研究則在真實辦公空間內(nèi)進行，也不改變工作人員日常工作模式。其優(yōu)點在于被試處于真實的工作環(huán)境中，實驗周期可以較長，所獲樣本數(shù)較大，數(shù)據(jù)分析較易獲得顯著結(jié)果，對于成果應(yīng)用的指導(dǎo)性也更強。但現(xiàn)場物理環(huán)境的控制會受到較多的限制；而被試的個體差異，以及實驗全過程中工作或生活的不可控事件的影響，也會導(dǎo)致實驗結(jié)果不顯著，亦或產(chǎn)生較大偏差。因此，一方面需要更嚴(yán)格地篩選被試，適當(dāng)增加被試數(shù)量，另一方面也要在實驗方案設(shè)計階段充分考慮可能的影響，并通過實驗設(shè)計或利用后續(xù)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)減少誤差。

近幾年來，虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù)逐漸成熟，作為利用計算機生成一種多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景系統(tǒng)，也被嘗試用于光環(huán)境的研究中。利用計算機與VR設(shè)備搭建虛擬實驗場景，可根據(jù)實驗需求進行快速調(diào)整或場景切換。相對于以往采用投影技術(shù)進行主觀評估相比，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的視覺感受也更接近于真實場景。但目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)尚不能真實再現(xiàn)物理光環(huán)境對于眼部的光照刺激，可用于視覺效果的評估，但對于評估光生物效應(yīng)的實驗應(yīng)用仍有較大差距。

3.2 光的非視覺生物效應(yīng)實驗指標(biāo)

光的非視覺效應(yīng)影響人體心理、生理的諸多方面，實驗指標(biāo)及其實驗方法也較視覺系統(tǒng)實驗更為復(fù)雜，主要分為主觀評估指標(biāo)和客觀生理指標(biāo)兩類。

3.2.1 主觀評價指標(biāo)

光環(huán)境的視覺實驗研究中，對于視覺感知多采用問卷或量表的形式進行評估，也已形成系統(tǒng)成熟的實驗方法。在非視覺效應(yīng)研究中，對于某些難以監(jiān)測或定量評估的指標(biāo)也可采用主觀問卷或自報告問卷的形式。如評估主觀警覺性的卡羅林斯卡嗜睡量表(Karolinska Sleepiness Scale，KSS)[49]，評估睡眠品質(zhì)的匹茲堡睡眠指數(shù)(Pittsburgh Sleep Quality Index, PSQI)[50]，評估睡眠類型的Munich Chronotype questionnaire(MCTQ)[51]，評估情緒狀態(tài)的焦慮自評量表(Self-Rating Anxiety Scale, SAS)[52]、抑郁自評量表(Self-rating depression scale, SDS)[53]等。

主觀問卷形式簡單，實驗操作方便，數(shù)據(jù)分析直觀，但受到被試個體差異的影響較大，無法全面、客觀地反映被試的生理和心理狀態(tài)。因此實驗中，在可能的條件下常會輔以采集客觀生理指標(biāo)，進行綜合評估或相互驗證。

3.2.2 生理監(jiān)測指標(biāo)

光通過非視覺通道作用于節(jié)律系統(tǒng)，直接影響多種生理指標(biāo)，因此在此類實驗中，生理指標(biāo)是重要的生物效應(yīng)評估指標(biāo)，包括褪黑激素、皮質(zhì)醇、心率、血壓與核心體溫、皮膚電、腦電、睡眠等。由于此類生理指標(biāo)均可由相應(yīng)測試或儀器進行監(jiān)測，不易受到被試主觀因素的影響，因此，科學(xué)性和準(zhǔn)確性都能有較高的保障。

其中，褪黑激素是人體晝夜節(jié)律的標(biāo)志性激素，對光反應(yīng)敏感，因此最常用于評估人體的晝夜節(jié)律狀態(tài)，可通過包括唾液、尿液或血液的人體體液進行監(jiān)測。

心電信號(Electrocardiogram, ECG)是最早研究并應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)的生物電信號之一，反映了心臟在興奮產(chǎn)生、傳導(dǎo)和恢復(fù)過程中的電變化，是心臟活動的一種客觀表示，在不同層面上反映了心臟的工作狀態(tài)。血壓和體溫都是人體重要的生命體征，是評判人體健康水平的重要指標(biāo)，也是人體晝夜節(jié)律變化的重要表征[54]。

腦電圖Electroencephalogram(EEG)是按照時間順序，在頭皮表層記錄下的由大腦神經(jīng)元自發(fā)性、節(jié)律性運動而產(chǎn)生的電位。神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)已有研究表明，人的很多心理活動和認(rèn)知行為都可以通過腦電反映出來。目前已有一系列的研究表明不同的光環(huán)境要素如色溫、照度對腦波存在顯著的影響作用[15,56,57]。

皮膚電反應(yīng)信號(GSR)是一種皮膚傳導(dǎo)性的指示，蘊含著豐富的情感信息，皮膚電位隨著視、聽、觸、痛等刺激以及情緒的波動而變化。目前，皮膚電在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)等很多學(xué)術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，可用于量化不同光環(huán)境場景下的情緒狀態(tài)[58]。

此外，與KSS量表的對睡眠質(zhì)量的總體性評估不同，通過佩戴式監(jiān)測儀還可獲得更為準(zhǔn)確、詳細(xì)的睡眠指標(biāo)，包括入睡時刻、睡眠時長、睡眠質(zhì)量等多項數(shù)據(jù)。專業(yè)級的有Philips的ActiWatch系列產(chǎn)品，以及Lighting Research Center的Daysimeter系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品依據(jù)體動計原理監(jiān)測以分鐘計的體動數(shù)據(jù)，進而獲知睡眠情況，部分設(shè)備還可同時監(jiān)測包括受光量和光譜在內(nèi)的受光信息。除此之外，還有多家商業(yè)公司推出的智能手環(huán)亦可監(jiān)測睡眠，如美國Jawbone Up、Misfit Shine等系列產(chǎn)品，以及我國小米手環(huán)、華為手環(huán)等。筆者曾比對過ActiWatch與Jawbone Up3的數(shù)據(jù)，在睡眠時長、入睡時間等指標(biāo)上基本一致。由于Jawbone Up3價格相對較低，且有手機APP可以快速方便地采集數(shù)據(jù)，因此，在不需要特別精準(zhǔn)地記錄睡眠數(shù)據(jù)時，也不失為一種專業(yè)監(jiān)測儀的替代品。

4 總結(jié)與展望

從光生物效應(yīng)的理論假設(shè)開始，到神經(jīng)學(xué)第三類感光細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，隨著研究的不斷深入，光對辦公人員晝夜節(jié)律、睡眠、情緒、效率、認(rèn)知等方面的非視覺生物效應(yīng)被人們逐漸發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識；辦公室光環(huán)境的研究內(nèi)容也不斷向醫(yī)學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、行為學(xué)等學(xué)科方向延伸并交叉；研究方法也在主觀評價的基礎(chǔ)上，增加了更多生理、心理指標(biāo)的監(jiān)測。然而總體來看，目前辦公空間光生物效應(yīng)研究仍還處于探索階段，研究成果還沒能整合到辦公空間光環(huán)境設(shè)計應(yīng)用或?qū)t、標(biāo)準(zhǔn)中。辦公照明設(shè)計如何平衡視覺需求與健康需求，處理節(jié)能與成本之間的矛盾，完善現(xiàn)有的照明設(shè)計體系，最終實現(xiàn)利于人體身心健康需求的辦公空間光環(huán)境，是未來研究及應(yīng)用的重點方向。

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Lighting in Office: A Review of Non-visual Biological Effect

LIN Yi, LIU Cong

(The College of Architecture and Urban Planning, Tongji University；Key Laboratory of Ecology and Energy Saving Study of Dense Habitat, Ministry of Education，Shanghai 200092,China)

With the gradual improvement of the understanding of the biological effects of light, office lighting quality requirements had developed from the visual performance to the health needs of users`. The key elements of office light environment, such as illumination, color temperature, spatial distribution and so on, not only influence the visual effects, but also affect the circadian rhythm of the human body through the non-visual forming system, and then influence the office staffs’ sleep quality, mood, alertness, etc. Accordingly, the experiment methods of office lighting develop from the traditional subjective evaluation to the physiological indicators detection, and the medical, psychological, behavioral and other experimental methods have been used. It has been one of the hotspots of health lighting research to study office lighting from the perspective of non-visual effects of light. This paper presents an overview of investigations of the light biological effects in the offices. The related experimental methods and technical means are analyzed, and the research focus and the development direction in office lighting are presented in this paper.

office lighting; non-visual; biological effect; illumination; spectrum； health lighting

國家自然科學(xué)基金“基于辦公室健康照明需求的光譜非視覺生物效應(yīng)研究”(51308397)

UT1

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.03.001