人工照明对生理节奏的影响

2002年,人类在杆状细胞和锥状细胞之外,又发现了视网膜的第三类感光细胞。该感光细胞由视网膜特化感光神经节细胞组成,该项发现为生理生物学和照明科学带来了革命性的变化,并引发了人们对光线与生理节律之间的相互影响进行更为深入的研究。视网膜特化感光神经节细胞通过调节血液中褪黑激素的分泌对光线刺激做出反应。生理节律的规律非常复杂,它不仅能够感知与光谱的拮抗机制相关的光源色谱的不同区域,还对光线停留在眼睛上的光照强度和时间长短十分敏感。人类如今所掌握到的资料使我们能够了解光线刺激是如何影响褪黑激素的分泌,并为生理反应的评估方法打好了基础。

分析模型

2005年,Rea 制定出了迄今为止最为可靠的生理节律模型指标,并于2012年进一步修订。该指标以人们对神经解剖学、电气生理学、以及心理物理学所进行的广泛研究为基础。然而,遗憾的是,由于该指标本身的非连续性和非线性因素,以及没有考虑到眼睛所受到的光照强度等因素的影响,因此无法投入实际应用中。

意大利能源服务公司 Hera Luce 的工程师 Seraceni,和那不勒斯·费德里科第二大学的教授 Bellia,通过研究制定出了一种简化模型,可对不同源头带来的潜在生理刺激进行分析。该简化模型是线性化,同时考虑到了眼睛所受到的光照强度的影响,其所获得的结果与 Rea 的模型所获得的结果一致。该模型使得人们可对市场上超过六十种的光源所带来的潜在生理刺激进行分析,并得到了富有意义的结果。

其中最重要的发现是,由色温为4, 000K的光源所带来的潜在生理刺激由于光谱的相抵作用而突然减弱。该项发现意味着,在同等条件下,色温为4, 500K的 LED 模块 对生理节律所带来的刺激,要小于那些色温在3, 000K文或6, 000K范围内的光源。该发现与人们原先认为色温在3, 000K上下的 LED  模块所带来的影响最小的想法正好相反。

此发现还表明,就某些光源而言,光照强度对生理刺激的影响极为重要(如图表 a 右侧所示),尤其是办公场所的照度(一般为300lux)。因此,照明设计必须对光线给生理节律所造成的影响给予特别关注(此前已有不少关于在夜间过多地使用屏幕明亮的设备所产生不良影响的报道)。

难得的设计组件

在工业国家,人们夜间工作都需依赖人工照明。另外,许多人白天长时间待在室内,虽然室内的光线足够满足人们进行各种活动的视觉要求,但却不能够满足人们调节生理节律的要求。尽管光线对生物节律的调节作用,取决于不同的个体,以及其暴露在太阳前数小时内对光线的接收情况等,但人们还是能测定出一组临界值,在一天当中的不同时段,处于临界值上或者下的光照强度中,都将对人产生生理节律刺激。

如果人们能够对生理节律反应了解更多,照明设计师与照明设备供应商们则可开发出一些不仅满足人们日常活动的照明设备,同时还可对非视觉元素进行优化。所谓“非视觉效果”指的是光线对于注意力、警觉性、以及生产力水平所带来的影响。比如,在工作场所、安老院、以及家里,利用动态照明系统对人类的生物机制给予适当的刺激。

合理地利用照明,也可帮助人们改善健康水平。大量研究显示,不适当地暴露在某些特定的光源之中,将会增加乳腺癌的发病率。同样,借助人工照明进行有针对性的治疗,将有助于改善季节性情绪失调的病症。

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