日間光暴露對睡眠的優化效果及作用機制

摘" 要" 光照作為最重要的授時因子， 對機體的晝夜節律與睡眠具有顯著的調節作用。已有研究發現日間更多的光照暴露， 特別是晨間高強度光照會顯著促進個體的夜間睡眠， 但這一優化效果會受到光照參數和個體特征等的調節。日間光照可以通過前置或延遲機體的生物節律進而對睡眠產生間接影響; 而日光暴露是否會通過調節睡眠內穩態壓力直接影響睡眠尚不明晰。未來研究可探究日光水平與時間對睡眠的交互影響， 面向特定人群如長期室內辦公者、輪班工作人員或睡眠障礙群體構建健康人因照明模式。

關鍵詞" 日間光照， 睡眠， 健康照明， 作用機制， 生物節律

分類號" B845

睡眠對個體的成長和發展具有重要意義。但在現實生活中， 存在睡眠問題如慢性睡眠限制、失眠或睡眠效率低下等的人群范圍越來越廣且有低齡化傾向。有研究分析表明， 睡眠障礙在我國十分普遍（Li et al.， 2018; Lu et al.， 2017）， 特別是在新冠疫情期間， 睡眠問題尤為突出（Li et al.， 2021）。而不良的睡眠又與情緒障礙（Emens et al.， 2020）、高血壓（Wang et al.， 2020）、糖尿病（Cappuccio et al.， 2010）等一系列身心健康問題密切相關。因此， 改善睡眠品質， 對于提升國民身心健康水平具有十分重要的社會價值。

光照作為人們生活中必不可少的環境因素， 無處不在。作為所有哺乳類動物內在生物節律最為重要的授時因子， 環境光在調節機體晝夜節律的同時也會對個體的睡眠產生影響（Blume et al.， 2019; Prayag， Munch， et al.， 2019）。研究發現， 長期處于光線不足或不合理光暴露環境下， 個體會出現生物節律紊亂、睡眠質量低下以及情感障礙等健康問題（Khaing et al.， 2019; van Duijnhoven et al.， 2019）。為此， 越來越多的研究者開始探討日間光暴露與夜間睡眠的關系， 而基于這些研究成果構建“以人為本”的室內健康照明環境（Human Centric Lighting， HCL）可以在滿足個體視覺工作需求的同時， 優化夜間睡眠、提升心理幸福感， 不失為一種有效且重要的干預策略。因此， 本文將從光照的生物節律效應的角度， 對日間光照對夜間睡眠的作用效果， 制約因素及潛在機理等方面進行系統梳理與探討。

1" 光照的生物節律效應

光照通過視覺神經通路幫助我們形成視覺功能（Image forming function）的同時， 也會通過哺乳動物視網膜特有的第三類新型感光細胞—內在光敏性神經節細胞（intrinsically photosensitive retinal ganglion cells， ipRGCs）對個體心理功能產生顯著的激活作用， 如警覺性（Smolders et al.， 2018; Souman et al.， 2018）、認知功能（Huiberts et al.， 2015; Ru et al.， 2021）、情緒（Bedrosian amp; Nelson， 2017; Ru， et al.， 2019; 李蕓 等， 2022）等， 與此同時， 也會對機體的激素分泌（Figueiro amp; Rea， 2012）、生物節律和睡眠產生顯著的調節作用（Cajochen， Freyburger， et al.， 2019; Nie et al.， 2020）， 這些被統稱為光照的非圖像視覺功效（Non-image forming function， NIF） （汝濤濤 等， 2019）。其中， 光照對生物節律和睡眠的調節又被稱為光照的生物節律效應。

2" 光照對生物節律的調節

人類的睡眠覺醒周期是晝夜節律行為模式的一個突出表現（Blume et al.， 2019）， 而光作為重要的授時因子， 對這一睡眠覺醒周期具有重要影響（Dautovich et al.， 2019）。位于下丘腦的視交叉上核（suprachiasmatic nucleus， SCN）是人體生物節律系統的重要起搏器， 光照通過ipRGCs將光信號傳遞至SCN， 從而對個體的生物節律進行調節。

基于生物節律的角度， 有研究認為光照對人類生理節律有兩方面的影響：光照對褪黑激素的急性抑制反應和光照對晝夜節律相位的調節（Blume et al.， 2019）。研究發現， 環境光對生物節律的重置效果依賴于光照作用的時間。一方面， 晨間光暴露可以前置個體生物節律相位（Dumont amp; Carrier， 1997; Misiunaite et al.， 2020）。如早期一項研究發現在接受為期3天的晨間亮光暴露（8：30～13：30， 6000～13000 lx）后， 被試的生物節律相位提前了約1.2小時（Dumont amp; Carrier， 1997）。新近的一項研究發現， 日間（8：00～18：00）辦公室采用優化動態光模式（早上最低為500 lx， 中午逐漸增加到最低1000 lx， 下午降低且最高不超過2500 lx）較之于傳統辦公照明模式顯著提前了被試的褪黑素開始分泌時間（Benedetti et al.， 2022）。另一方面， 夜間光暴露則會延遲個體生物節律相位（Dumont amp; Carrier， 1997; Hartstein et al.， 2022; Khalsa et al.， 2003）。如Dumont和Carrier （1997）的研究發現， 在夜間光暴露下（18：30～23：30， 6000～13000 lx）被試的生物節律相位延遲了約1.6小時。另一項研究也發現在夜間持續6.7小時約10000 lx強光作用下個體褪黑素的相位反應時間延遲了約3.6小時（Khalsa et al.， 2003）。由此提示， 光照作為重要的授時因子， 可以前置或延后機體的生物節律相位， 從而間接對個體睡眠覺醒活動模式產生影響。

3" 光照對睡眠的影響

在探討光照與夜間睡眠關系的研究中， 研究者通常會采用客觀和主觀兩種測量方式評估睡眠。主觀睡眠一般通過睡眠日志、睡眠量表等測量， 客觀睡眠多通過佩戴腕表， 或者通過睡眠測量的金標準——多導睡眠監測儀（polysomnographic， PSG）等來監測。主觀睡眠參數主要包括睡眠開始時間、入睡潛伏期、睡眠效率、睡眠時長和睡眠中點等; 而通過PSG等設備的監測除了能獲取上述指標外， 還能獲得不同睡眠結構特點與其他睡眠活動， 如睡眠紡錘波數量、慢波睡眠（slow wave sleep， SWS）、快速眼動睡眠（rapid eye movement sleep， REMS）的持續時間與潛伏期等更加微觀參數。此外， 與睡意和警覺度密切相關的生化指標如褪黑素和皮質醇濃度等也是衡量睡眠的客觀指標之一。光照的非視覺效應存在明顯的時間效應（time of day）。因此， 光照與睡眠的關系研究通常分為日間與夜間兩個方面。

3.1" 夜間光照對睡眠的影響

由于人工照明技術的迅速發展， 人類“日出而作， 日落而息”的自然行為模式早已被打破， 人工白晝現象日益普遍， 再加上夜間各類電子顯示產品的廣泛使用， 對人們的睡眠健康產生了極大危害。總體而言， 研究結果較為一致地提示， 夜間光暴露會對睡眠產生負性影響， 包括延長入睡潛伏期、減少深度睡眠的時長、增加夜間睡眠擾動等（Cho et al.， 2018; Cho et al.， 2013; Obayashi et al.， 2014）。早期一項研究發現夜晚的光照水平越亮， 暴露時間越長， 個體進入睡眠的準備時間則越長（Obayashi et al.， 2014）。與之類似， 一項實驗室研究采用PSG監測被試在整晚暗光暴露下（40 lx）的睡眠情況， 結果發現， 盡管光照強度很低， 但較之于接近黑暗的控制條件， 被試N1期睡眠時長與清醒次數顯著增加， 慢波睡眠顯著減少（Cho et al.， 2013）。此外， 個體視網膜上的ipRGCs的最敏感波長接近藍光， 夜間短波長藍光或富含藍光的復合白光暴露會睡眠產生更大的干擾。如最近一項研究考察了夜間在相同照度（160 lx）下， 睡前1小時（21：30～22：30）不同藍光含量的復合白光（2000 K vs. 6000 K）暴露對青少年睡眠的影響。結果顯示， 與低藍光環境相比， 持續10天的富含藍光環境作用下青少年的睡眠質量顯著更低， 次日晨間主觀警覺性也顯著更低（Wen et al.， 2021）。而上述這種藍光危害即使在很低強度的光線下也依然顯著。如睡前使用iPad閱讀兩小時（～30 lx， 峰值在～450 nm）較之于紙質書閱讀（～3 lx， 峰值在612 nm）足以導致顯著更低的睡前睡意、更長的入睡潛伏期、更短的REM睡眠時長和次日晨間更高的困倦水平（Chang et al.， 2015）。而夜間光照對睡眠的影響被認為主要是通過延遲機體生物節律、抑制褪黑素分泌等生理過程來產生（Blume et al.， 2019）。

3.2" 日間光照對睡眠的影響

3.2.1" 日間光暴露與夜間睡眠的相關研究

不同于夜間光照對睡眠的負面影響， 研究發現日間光照能夠顯著改善夜間睡眠質量。如研究者考察了在真實生活情境中， 日間光照強度對絕經后婦女情緒和睡眠的影響， 結果發現， 日間平均光照強度與主客觀睡眠潛伏期、主觀入睡困難、客觀入睡后清醒次數等指標呈負相關， 同時與主觀抑郁評分呈負相關（Youngstedt et al.， 2004）。另一項研究結果發現， 24小時內的平均光強度與有晚睡偏好的青少年客觀入睡時間及次日清醒時間呈負相關; 最后暴露在gt;10 lx的時間與客觀入睡時間呈正相關， 與主客觀的整體睡眠時長呈負相關（Gasperetti et al.， 2021）。此外， 有田野研究考查室內辦公環境中員工日間光暴露與睡眠的關系， 結果發現， 日光暴露總量與主觀睡眠質量呈正相關（Hubalek et al.， 2010）。而Boubekri等人（2014）的研究進一步發現， 靠窗工位辦公的員工會接觸到更多光線， 主觀報告身心更健康、睡眠質量更高及客觀睡眠時長更長。Figueiro等人（2021）在疫情期間的調查研究也發現， 白天（室內或者室外）接觸的光照暴露量越多， 個體自我報告的睡眠越好。

此外， 部分田野研究提示光照暴露與睡眠關系存在顯著的季節（time of year）與時間（time of day）效應（Figueiro amp; Rea， 2016; Figueiro et al.， 2017; Gasperetti et al.， 2021; Wams et al.， 2017）。如Figueiro和Rea （2016）的田野研究比較了冬季和夏季辦公室日間（8：00～17：00）的光照水平及其與睡眠的關系， 結果發現夏季較之于冬季日間光照量顯著更多; 夏季的客觀睡眠質量（入睡潛伏期、睡眠時長和睡眠效率）也顯著優于冬季。然而也有研究報告了不一致的結果， 如一項針對65歲以上老年人的調查研究發現， 雖然夏季日光暴露量顯著高于冬季， 但主觀睡眠質量在夏冬季之間并無顯著差異（Flores-Villa et al.， 2020）。除季節差異外， 日間不同時間點光照作用對睡眠的影響也存在差異。如上述Youngstedt等人（2004）發現晨間（清醒后4小時內）平均光照強度與主客觀睡眠時間及主觀睡眠質量呈正相關; 與主客觀睡眠潛伏期、主觀入睡困難及主觀睡眠中清醒次數等呈負相關。而Figueiro等人（2017）基于真實辦公場景的研究發現員工日間接觸的晝夜節律光照（circadian light， CLA）水平越高（富含短波長的亮光）， 其睡眠質量越高; 進一步分析發現早上（8：00～12：00）接觸更高CLA水平的員工較之于低CLA水平的員工， 其入睡潛伏期更短， 睡眠效率更高， 且主觀睡眠質量也顯著更高（Figueiro et al.， 2017）。同樣地， Gasperetti等人（2021）也發現晨間（4：00～9：00）的光照暴露水平越高， 客觀入睡時間及次日清醒時間越早; 下午（14：00～19：00）光照暴露水平越高， 第二天清醒時間也越早; 而晚上（19：00～半夜）光照暴露水平越低， 主觀睡眠時間越長; 但并未發現早上9：00到下午14：00間的光照暴露水平與主客觀睡眠指標的顯著相關。

總體而言， 上述田野研究結果較為一致地提示， 日間較高強度的光照或更多的光暴露量與夜間睡眠積極關聯。同時， 日間光照對睡眠的影響依賴于光照作用時間， 即接觸光暴露的時間越早， 晨間高強度光暴露越多， 夜間的睡眠情況越好。但值得注意的是， 基于田野研究的證據凸顯了日間光照與睡眠的相關關系， 但無法揭示兩者之間是否存在因果關聯。

3.2.2" 短時程日光影響夜間睡眠的實證研究

為了探究日間光照與睡眠的因果關系， 研究者通過真實辦公場景或實驗室情境下的實證研究考察了日間光照對夜間睡眠的影響（表1）， 但研究結果并不十分一致。如早期一項研究發現， 晨間（6：00～9：00）亮光（2000 lx）或暗光（1 lx）作用下被試的客觀入睡時間、入睡潛伏期和主觀睡眠質量均無顯著差異， 但在晨間亮光較之于暗光暴露下被試清醒時間顯著更早（Dijk et al.， 1987）、N2期睡眠時間與REM期的數量顯著更少（Dijk et al.， 1989）。最近國內一項對長時室內學習大學生的田野干預研究發現， 為期5天（8：00～9：30）的晨間亮光作用（1000 lx， 6500K）較之于控制光（300 lx， 4000K）顯著提高了大學生的睡眠效率， 降低了睡眠碎片化指數（He et al.， 2022）。此外， 有研究發現， 在冬季對南極哈雷研究站的研究人員進行為期14天的晨間亮光干預（8：30～9：30， 5300 K）， 參與者的睡眠效率、入睡潛伏期和碎片化指數與對照條件相比并未顯著變化， 但其入睡清醒時間與生物節律顯著提前（Corbett et al.， 2012）。而最近一項干預研究對比了上午（6：00～12：00）兩種不同的視黑素等效日光照度（melanopic equivalent daylight illuminance， mel EDI， 即192 mel EDI vs. 44 mel EDI）對早班工人睡眠的影響， 結果并未發現兩種照度下睡眠各項指標的顯著差異; 但與基線光相比， 高mel EDI干預后被試的入睡潛伏期縮短， 睡眠效率提高（van de Putte et al.， 2022）。

此外， 有臨床研究采用晨間亮光暴露對有睡眠障礙問題的患者進行干預治療（Dowling et al.， 2005; Raikes et al.， 2020; Turco et al.， 2018; Zalta et al.， 2019）。如Raikes等人（2020）采用30min的晨間（8：00～10：00）藍光暴露（～480 nm）治療腦損傷患者的睡眠障礙問題， 結果發現在6周干預后， 患者白天睡意和抑郁情緒的嚴重程度較基線明顯緩解， 且睡眠潛伏期縮短， 睡眠質量顯著提高。另一項采用晨間亮光干預治療原發性膽管炎患者睡眠障礙的研究發現， 在15天的晨間亮光干預（照度10000 lx， 起床后立即暴露45 min）后， 干預組入睡和清醒時間提前， 主觀睡眠質量顯著提高（Turco et al.， 2018）。但也有研究未發現晨光干預的積極作用。如Dowling等人（2005）對阿爾茲海默癥患者的睡眠問題進行了為期10周的晨間亮光干預（gt; 2500 lx， 9：30～10：30）， 然而與控制組（150～ 200 lx）相比， 并未發現患者整體睡眠情況有明顯提升。這些不一致的結果可能是由于患者群體之間的差異性導致。

3.2.3" 全天化日光影響夜間睡眠的實證研究

除了短時程日光暴露， 也有研究考察了長時程人工光暴露對睡眠的影響（表1）。如Wakamura和Tokura （2000）考察個體醒后到睡前連續4天的亮光（6000 lx）和暗光（200 lx）暴露對核心體溫和睡眠的影響。結果發現， 盡管亮光較之于暗光條件下被試的上床時間、清醒時間和床上時間無顯著差異， 但主觀睡眠體驗更好， 睡意評分更低。與此同時， Stefani等人（2021）在嚴格控制的實驗室條件下對比了全天化（醒后至睡前）的動態光與靜態光對日間認知功能與夜間睡眠的影響， 其動態光的設置為早晨醒后， 光照從1 lx， 3500 K逐漸增加， 在2.5 h后達到83 lx， 5000 K并保持不變， 持續7.5 h后逐漸降低至睡前1 lx， 2700 K; 靜態光固定在87 lx， 4000 K。結果發現， 動態光較之于靜態光模式下認知加工績效無顯著改善， 但被試N1期和N2期睡眠的潛伏期顯著縮短; 同時靜態光較基線夜相比， 夜間褪黑素分泌時間顯著延遲， 而動態光下無明顯差異（Stefani et al.， 2021）。新近， 國內學者Ru等人的一項實驗室研究發現， 較之于全天（9：00～18：00）靜態的辦公照明環境（4000K， 500 lx）， 分別在晨間（9：00～10：30）和下午早間（14：00～ 15：30）施加高照度富藍白光（6500K， 1650 lx）， 午間（12：00～14：00）采用低照度暖白光（300 lx， 3000 K）組合的動態辦公光環境能顯著提升個體夜間的睡眠質量及日間部分時段的認知績效（Ru et al.， 2022）。

除了上述的實驗室研究外， 另一些研究在真實辦公場景中操縱了人工或自然采光水平并考察其對員工心理幸福感與睡眠的影響， 盡管研究結果也不一致（表1）， 但為我們更加客觀地評估日光與睡眠的關系提供了生態化視角。如Figueiro等人（2020）在辦公室場景下分別在上午（6：00～12：00）進行藍光（眼位50 lx， 455nm）暴露， 中午（12：00～13：30）亮白光（200 lx， 6500 K）暴露， 下午（13：30～17：00）紅光（眼位50 lx， 634 nm）暴露， 結果發現， 光照干預后被試睡眠的起止時間較基線均顯著提前。此外， 還有研究設計了兩種室內動態照明方案來考察動態家居照明對老年人睡眠的影響。兩種方案的照度水平相同（早上6：00～8：00為300 lx， 8：00～12：00為500 lx， 之后逐漸降低至晚上20：00為100 lx）， 但方案一的色溫保持2700 K恒定， 而方案二的色溫在6500 K到2700 K之間變化（6：00～8：00為4500 K， 8：00～12：00為6500 K， 12：00～16：00為4500 K， 16：00～18：00為3500 K， 18：00～20：00為3000 K， 20：00之后為2700 K）。結果發現方案二下老年人的客觀睡眠時長更長， 睡眠效率更高， 入睡潛伏期更短， 且主觀報告的睡眠問題更少， 睡眠質量更高（Shishegar et al.， 2021）。然而其他一些田野干預研究卻報告了不一致的結果。如Peeters等人（2021）分別在冬季和春季， 對真實辦公場景在上午（8：30～12：30）或下午（13：00～17：00）進行高照度（垂直： 318 lx， 3676 K， 190 lx mel EDI）或低照度（垂直： 42 lx， 3264 K， 22 lx mel EDI）的動態光干預， 結果并沒有發現動態光對夜間睡眠的顯著作用， 甚至出現相反的結果， 如在冬季， 上午高照度較之于下午高照度的動態光模式導致睡眠時長顯著縮短， 睡眠時間顯著推遲。最近一項田野研究設計了兩種相反的動態光照模式， 其中一種光照模式（Skeleton）在早上7：00～10：15和下午15：45～19：00之間是亮光暴露（垂直：502 lx， 4689 K， 367 lx mel EDI）， 在11：15～ 14：45之間是基線光暴露（垂直：333 lx， 5105 K， 264 lx mel EDI）; 另一種光照模式（Noon）正好相反。結果發現主觀睡意在Noon模式下更低， 但睡眠參數（如入睡時間， 睡眠時長， 睡眠效率等）并未發現顯著差異（Kompier et al.， 2022）。

綜合以上， 雖然部分研究發現了日間光照對夜間睡眠的優化效果， 但不同研究發現的日間光照暴露對睡眠影響的結果并不十分一致。除了研究場景與采用睡眠測試指標的差異， 動態光模式、參數水平及與被試群體特征等可能是潛在的調節因素。此外， 對全天動態光照影響夜間睡眠的實驗室研究較少， 何種動態光模式可以更好的優化夜間睡眠仍需進一步探討。

4" 日間光照改善夜間睡眠效果的影響因素

4.1" 光照量

個體在日間接觸到的光照暴露量不同， 對睡眠的影響也不同。一項田野研究發現日間接觸的光照暴露總量越高， 主觀睡眠質量越好（Hubalek et al.， 2010）。而在地理緯度（Adamsson et al.， 2016）、季節（Flores-Villa et al.， 2020; Lee et al.， 2020）以及工作場所（Daugaard et al.， 2019）等的差異下， 個體每日接觸到的光照量存在顯著差異。如針對辦公室職員的田野研究發現夏季的日間光照顯著高于冬季， 客觀睡眠質量也顯著高于冬季（Figueiro amp; Rea， 2016）。值得注意的是， 個體在日間接觸到的光照暴露量也與日間的光照水平和暴露時長有關。與此同時， 盡管目前少數研究提示晨間光照對優化夜間睡眠的積極作用， 但不同時段光照暴露量是否會對睡眠產生差異化影響尚未可知。

4.2" 光照水平

日間光照的水平也會影響其對睡眠的作用效果。照度和色溫是環境光照的重要屬性之一， 照度越高， 光照越強; 色溫越高， 復合白光中短波長藍光光譜的含量越高， 其產生的非視覺功效就越明顯（de Kort amp; Smolders， 2010; 汝濤濤 等， 2019）。已有實驗研究提示， 日間亮光暴露對夜間睡眠有積極影響。如在高照度較之于低照度的晨間光暴露下（gt; 1000 lx vs. lt; 7 lx）， 被試夜間睡眠的清醒次數減少（Kohsaka et al.， 2000）， 清醒時間提前， 主觀睡眠質量提高（Zalta et al.， 2019）， 主觀睡眠感受提高（Kohsaka et al.， 1999）。田野調查也發現， 日間接觸到的光照強度與睡眠質量和睡眠時長呈正相關（Figueiro et al.， 2017; Youngstedt et al.， 2004）， 而與入睡時間、睡眠潛伏期、入睡困難、睡眠中清醒次數等呈負相關（Gasperetti et al.， 2021; Youngstedt et al.， 2004）。直接比較不同色溫的日間光照對夜間睡眠影響的研究較少， 但是有研究發現日間辦公室情境下暴露在富藍白光（310 lx， 17000 K）較之于標準白光（421 lx， 4000 K）顯著降低了主觀睡意， 提高了睡眠質量（Viola et al.， 2008）。值得注意的是， 無論是照度或相關色溫操縱， 都可以以等效視黑素照度的強度來量化， 因此， 揭示等效視黑素照度與睡眠間的關系， 可以為改善睡眠的室內健康光環境構建提供參數設計依據。

4.3" 光照時間

首先， 光照的時間點會影響光照對夜間睡眠的影響。相比其他時間點（下午或晚上）， 晨間的亮光暴露對睡眠有積極的影響（Carrier amp; Dumont， 1995）。而在上述提到的田野研究中， 也發現了晨間光照量與夜間睡眠之間的正相關（Figueiro et al.， 2017; Gasperetti et al.， 2021）。此外， 日間光照暴露時長也會影響個體接觸到的光照暴露量， 如有調查研究發現室內辦公職員平均每天暴露在較高光照水平（如gt;1000 lx）下的時長較短（Hubalek et al.， 2010; van Duijnhoven et al.， 2021）， 這使得他們日間接觸到的光照暴露量較少， 由此可能導致睡眠質量下降。此外， 日間光暴露對睡眠的改善效果并非一蹴而就， 而存在明顯的時間累積效應。如有研究在干預第四天才發現晨間亮光干預對老年人夜間睡眠的積極影響（Kohsaka et al.， 1999）， 另一項對重度抑郁癥患者的室內動態光照干預研究發現在干預兩周后患者的入睡時間才顯著提前（Canazei et al.， 2022）。由此提示， 日間光照暴露的時間點、暴露時長以及持續時間等時間因素也是日光與睡眠關系模型中重要的影響變量。

4.4" 光照模式

當前絕大多數人居空間的照明方式為全天恒定的靜態光照。新近， 國際照明委員會提出了一種新的照明理念， 即“以人為本”的動態照明方式（CIE， 2018）， 即在一天的不同時間點， 光照的照度或色溫隨著某種預設的模式進行實時地調整與變化， 以期為個體的身心功能產生更大的福祉（Kompier et al.， 2020）。動態光照模式主要包括人工動態光、間歇性光照、黎明模擬光和模擬暮光（汝濤濤 等， 2019）。相比靜態光照， 照度或色溫動態變化的光照模式能夠誘發更好的非視覺功效（de Kort amp; Smolders， 2010）。因此探究室內動態光照模式對夜間睡眠的影響成為工程心理學與建筑設計學日漸關注的話題。

上文所提到的動態光照模式研究結果并不一致。如Shishegar等人（2021）的室內動態照明研究結果發現， 色溫動態變化的光照模式較之于色溫恒定的光照模式對老年人的主客觀睡眠指標均有顯著改善。但也有研究并未發現動態光照模式對夜間睡眠的優化效果（Benedetti et al.， 2022; Kompier et al.， 2022）。此外， 這些研究所采用的動態光照模式并不一致， 如Kompier等人（2022）采用的是基于人體生物節律變化的動態光照模式， 而Shishegar等人（2021）則考慮日間高照度高藍光， 夜間低照度低藍光的光照模式。因此哪種動態光照模式可以更好地優化個體夜間的睡眠仍需進一步探討。

4.5" 個體特征

不同年齡階段的群體對光照的感受敏感性不同， 導致光照對睡眠的影響存在年齡差異。相比起老年人， 年輕人對短波長的光更加敏感。有研究發現在短波長光的照射下老年人的褪黑素抑制水平相較于年輕人減弱（Herljevic et al.， 2005）， 且REM的潛伏期增加（Münch et al.， 2011）。性別也會影響到不同光照對睡眠的影響。如有研究發現暴露在高色溫的光環境下（40 lx， 6500 K）， 雖然在褪黑素抑制方面無性別差異， 但在男性睡眠中額葉的慢波活動有所增加（Chellappa et al.， 2017）。此外， 基因類型也是影響個體光敏感性的因素之一。生物鐘基因（如PER2， 酪蛋白激酶casein kinase 1 epsilon）的變化與人類的睡眠和晝夜節律紊亂障礙相關（Ebisawa， 2007; Toh et al.， 2001）。有研究發現PER2單倍體純合子導致個體對光的敏感度降低（Akiyama et al.， 2017）。此外， PER3也與對睡眠覺醒系統的調節有關（Dijk amp; Archer， 2010）。研究發現PER3的多態性會影響光照對褪黑素的抑制反應， 即6500 K較之于2500 K光照對PER35/5個體的內源性褪黑激素水平有明顯的抑制作用， 而對PER34/4個體的內源性褪黑激素水平無顯著影響（Chellappa et al.， 2012）。

綜上所述， 日間光照改善夜間睡眠的作用效果大小可以通過構建耦合光照劑量、光照水平、作用時間、持續時長等變量的數學方程來計算， 而“以人為本”健康照明方式的構建也應充分結合用戶個體特征。與此同時， 通過對上述調節變量的探究， 也可以為人們認識日間光照改善夜間睡眠的內在作用機制提供新思路。

5" 日間光照影響優化夜間睡眠的作用機制

5.1" 日間光照影響睡眠的生理機制

睡眠調節的雙過程模型（two-process model）認為， 機體的睡眠覺醒模式是由睡眠內穩態過程（Process S）和晝夜節律過程（Process C）相互作用決定的（Borbély et al.， 2016）。其中， 睡眠內穩態過程反映了睡眠債， 其主要依賴于睡眠和覺醒時間， 在清醒狀態下上升， 睡眠狀態下減少; 而晝夜節律過程是由外部光刺激誘發機體產生的身心機能的內在節律性， 如日間保持高度警覺， 夜間進入無意識睡眠的低警覺狀態等。如上文所述， 光照可以通過重置機體的內在生物節律繼而間接調節個體的夜間睡眠（Carrier amp; Dumont， 1995; Prayag， Munch， et al.， 2019）， 而另一項研究發現動態光照模式也可以促進晝夜節律適應睡眠覺醒相位的移動（Rahman et al.， 2022）。核心體溫和褪黑素是晝夜節律過程的生化標記物（Borbély et al.， 2016）。其中， 褪黑素是由松果體產生的一種神經激素（Mannino et al.， 2021）， 又被稱為“睡眠荷爾蒙”。褪黑素在夜間（黑暗中）開始分泌和累積， 它在調節晝夜節律和睡眠覺醒周期中起著關鍵作用（Kennaway， 2022）。很多研究采用褪黑素治療方法（Melatonin treatment）來改善患者的睡眠障礙問題（Burgess amp; Emens， 2020; Hadi et al.， 2022）。而褪黑素對光照的反應十分敏感， 夜間即使是很低照度的光照亦能夠顯著抑制褪黑素的分泌與合成（Prayag， Najjar， amp; Gronfier， 2019）。因此， 光照可以通過激活SCN中的受體細胞并隨后抑制褪黑素分泌作為調節個體生物節律， 進而控制個體睡眠覺醒行為的線索（Pandi-Perumal et al.， 2022）。

光照除了可以通過影響個體的生理節律間接調節睡眠覺醒活動外（LeGates et al.， 2014）， 還可以通過ipRGCs表達的黑視蛋白直接影響個體的睡眠（Lupi et al.， 2008）， 即光照可以通過ipRGCs表達的黑視蛋白直接將神經光信號投射至負責調節睡眠覺醒活動的腦區， 如腹外側視前核 （ventrolateral preoptic nuclei， VLPO）、下丘腦室旁核下區（subparaventricular nucleus zone， SPZ）、上丘?頂蓋前區（superior colliculus-pretectum， SC-PT）， 以及外側下丘（lateral hypothalamus， LH）等（Hattar et al.， 2006; Lupi et al.， 2008; Schmidt et al.， 2011）繼而直接調節機體睡眠。因此， Hubbard等人（2013）提出了一個睡眠調節三過程模型（three-process model）。該模型認為光照對睡眠的直接調節， 與晝夜節律過程和內穩態過程相互作用， 從而決定了機體的睡眠時間和品質。正如作者所言， 該模型需要更多的哺乳動物模型加以檢查和修正以增加模型的適用性（Hubbard et al.， 2013）。

盡管上述兩種理論模型可以解釋光照與睡眠的關聯機理， 但基于當前研究結果， 日間光照特性如光照水平、光照劑量和光照作用時間等對睡眠的作用關系顯得更為復雜， 特別是日間光照對睡眠與生物節律的影響是否存在同步性或獨立性仍有待探究。

5.2" 日間光照影響睡眠的心理機制

光照的警覺性效應是光照非視覺效應的重要表現之一（Lok et al.， 2018; Souman et al.， 2018; 汝濤濤 等， 2019）， 如有研究者采用黎明模擬光照或晨間自然光暴露等方式來對抗早晨覺醒后的睡意， 以提高機體的警覺性和認知功能水平（Dong amp; Zhang， 2021; Gabel et al.， 2015）， 部分晨間光照干預研究也發現在晨間亮光或藍光干預后被試日間的主觀睡意會更低（Raikes et al.， 2020; Turco et al.， 2018）。而個體生理警覺性水平與晝夜節律和睡眠又密切相關（Axelsson et al.， 2020）。如日間動態光照的研究發現， 在接受全天化動態光作用后， 個體睡前1小時的警覺程度要低于靜態光模式（Stefani et al.， 2021）， 而另一項研究也發現， 控制光條件下（100 lx， 4000 K）與警覺性相關的睡眠腦電頻譜密度較之于基線顯著增加（Cajochen， Freyburger， et al.， 2019）。此外， 最近一項采用強迫去同步范式的研究發現， 在強迫清醒階段， 亮光暴露較之于暗光顯著增加了個體的主觀睡意（Lok， Woelders， van Koningsveld， et al.， 2022）， 同時顯著增加了NREM期的delta波（0.5～4 Hz）能量（Lok， Woelders， Gordijn， et al.， 2022）， 表明清醒階段的亮光暴露減少了微覺醒的發生， 增加了睡眠內穩態壓力。由此提示， 日間光照可能會通過影響個體日間或睡前的警覺性進而對睡眠產生影響。

此外， 情緒體驗可能也是介導日間光照影響睡眠的心理路徑之一。已有研究提示， 日間不同強度或色溫的光環境作用能夠對個體的主客觀情緒產生即時性影響， 而異常光照模式會誘發不良情緒體驗（LeGates et al.， 2014; 李蕓 等， 2022）。個體的情緒狀態與睡眠之間存在交互影響（Parsons et al.， 2022）， 如個體的積極情緒狀態可以顯著預測睡眠質量（Uchino et al.， 2017）， 而睡眠障礙、失眠等睡眠問題則會誘發個體不良情緒甚至焦慮癥、抑郁等情緒障礙（Nicholson amp; Pfeiffer， 2021; Palagini et al.， 2019）。Figueiro等人（2021）近期在疫情期間的一項調查研究發現， 白天（室內或者室外）接觸的光照量越多， 個體自我報告的睡眠效果越好， 體驗到的壓力、焦慮、抑郁等負性情緒越少， 而積極情緒則越高。未來的研究可以通過考察日間光暴露、情緒與睡眠三者間的動態因果關系來驗證上述猜想。

6" 未來研究展望

6.1" 基于生物節律和睡眠優化的全天化人因動態照明設計

日班工作人群幾乎三分之一的時間都是在室內建筑中度過（Kompier et al.， 2022）， 室內光環境水平會直接影響員工的情緒、工作效率以及睡眠健康（van Duijnhoven et al.， 2019）。辦公室員工日間接觸高強度光照的機會較少。有調查研究發現室內辦公人員平均每天暴露在 gt; 1000 lx光照下的時長約為72 min （van Duijnhoven et al.， 2021）， 而在室內時間僅16 min左右（Hubalek et al.， 2010）。長期接觸較低的光線水平會對個體的身心健康和睡眠健康產生負面影響（van Duijnhoven et al.， 2019）。如何構建健康的人因照明環境， 使其能夠對個體日間心理功能與夜間睡眠產生最優的作用效果是目前研究的熱點與難點問題。據前文所述， 日間光暴露對睡眠的影響存在時間效應， 而個體日間的身心機能水平也呈現出節律性的動態變化（Coles et al.， 2015; Schnupp et al.， 2017）。因此， 構建基于生物節律時間動態調整照度或色溫的室內人工光環境不失為一種可能的研究思路。

6.2" 日間光照影響夜間睡眠的作用機理探討

睡眠調節的雙過程模型認為睡眠是由睡眠內穩態過程（Process S）和晝夜節律過程（Process C）相互作用決定的（Borbély et al.， 2016）。光照對生物節律與睡眠的調節作用已經得到了大量文獻研究的支持， 但值得注意的是， 光照是否會對睡眠的內穩態過程產生影響目前還不清楚。有研究發現晨間的亮光暴露提前了晝夜節律和清醒時間， 但是對NREM期的慢波活動沒有影響（Dijk et al.， 1989）。但是另一項研究發現在經歷40h的睡眠限制后， 日間的亮光暴露（250 lx）較之于暗光（lt; 8 lx）增加了NREM期的慢波活動（Cajochen， Reichert， et al.， 2019）。而NERM期的慢波活動被認為是睡眠內穩態的重要生理指標， 那么， 日間光照是否會通過調節睡眠內穩態繼而影響睡眠尚未可知。而Hubbard等人（2013）提出的三過程模型認為對睡眠的直接光照調節， 與晝夜節律過程和內穩態過程相互作用共同決定了個體的睡眠品質。但此模型也需要更多神經生物學證據驗證。因此， 未來研究需要在現有基礎上進一步探討日間光照對夜間睡眠的作用機制。

6.3" 基于特殊人群的光照優化睡眠的效果及方法研究

在地理緯度、職業等的差異下， 個體每日接觸到的光照量存在顯著差異（Hubalek et al.， 2010）。比如光照強度， 無論是照射到地球表面的光量還是白天的長度， 都會隨著緯度的增加而減弱（Pearce amp; Dunbar， 2012）。有研究顯示在冬季， 北極附近（如瑞典）工作的工人接觸到的自然光暴露量較少， 從而會引發如睡眠不足等睡眠問題（Lubas et al.， 2019）。而一些特殊職業人群， 如輪班制員工（Nie et al.， 2020）、地下作業場所（如地鐵、隧道、礦井等）工作者（Dong et al.， 2021; Yang et al.， 2022）、空間站宇航員（Brainard et al.， 2016）等接觸到的日間光照暴露也存在很大差異， 而日光暴露不足會對從事這些職業人群的情緒、睡眠等身心健康問題產生負面影響（Carvalho amp; Cruz， 2017; Khaing et al.， 2019）。因此， 未來研究也可以針對不同人群、作業場所的特殊性和差異性， 構建健康舒適的光照環境， 考察其對視覺與非視覺作用績效的影響， 以及借助人工光照維護生物節律， 改善睡眠， 提升身心健康品質。

6.4" 構建夜間睡眠對日間光照水平的劑量反應曲線模型

雖然田野研究設計在光照領域至關重要， 但是如何將真實場景下復雜的光照條件精確量化是一項挑戰（de Kort， 2021; Houser amp; Esposito， 2021）。有研究提前設定好一個閾值（如1000 lx）， 通過計算暴露在超過給定閾值的光照條件下的時間來確定光照暴露量（Hubalek et al.， 2010）， 這種算法實際上整合了光照強度和持續時間。后續也有研究基于此種方法探究光照與警覺性和執行控制功能之間的劑量效應（Smolders et al.， 2018）。但是目前精確的日間光照影響夜間睡眠的閾限水平尚未建立。因此有研究并未設置特定的光照閾限， 而是選取多個閾限水平進行敏感性探索分析（Peeters et al.， 2022）。通過在一定的閾值范圍內使用靈敏度分析， 可以探索在特定的測量結果中， 哪些特定閾值對光誘導生物效應的時間依賴性更加敏感， 從而預測田野研究中光照的強度、持續時間和暴露時間點（Peeters et al.， 2022）。因此， 這一方法為量化不同光環境下的光照參數提供了可能。目前已有研究嘗試探討了日間光照與個體警覺性狀態的劑量效應曲線（Smolders et al.， 2018）， 以及夜間光照對褪黑素分泌抑制的預測模型（Giménez et al.， 2022）， 未來研究可以基于上述算法嘗試探討構建日間光照對睡眠影響的劑量反應曲線（dose-response curve）， 為個性化的照明設計提供科學參考與依據。

7" 小結

光照作為重要的授時因子， 會對機體的生物節律與睡眠產生顯著的調節。總體而言， 日間更高的光照水平或光照量可以正向預測夜間睡眠質量， 但由于研究中日間光照參數（如光照水平、作用時間點、暴露時長、持續時間等）的差異， 使得其對夜間睡眠的影響效果并不十分一致。而在對光照影響睡眠的作用機制探討上仍需進一步探究。光照可以通過調節生物節律相位或激活與睡眠覺醒活動相關的腦區對睡眠產生間接或直接的影響。但是光照是否會影響個體的睡眠內穩態過程對睡眠產生影響尚未可知。此外， 日間光照還可能通過影響個體的警覺性和情緒狀態等心理過程繼而對睡眠產生影響。在實際生活中， 自然界的光暗周期與個體的生理節律之間的去同步化愈加顯著， 所造成的晝夜節律紊亂以及相關睡眠障礙問題也越發普遍。在人工照明技術日益發達的當下， 如何去構建基于不同人群和應用場景的健康人因照明方式仍是重要議題， 研究成果對提高人們的工作效率、優化睡眠以及提升身心健康水平具有重要的社會價值。

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Abstract： As a dominant Zeitgeber， ambient light can regulate sleep-wake patterns in humans. Exposure to higher light levels or more light exposure during the daytime， especially during the morning， positively predict nighttime sleep quality， but this effect is mediated by the light parameters （e.g.， light level or spectrum）， timing factors （e.g.， time of day and duration）， and light pattern. On the one hand， light can indirectly influence the sleep-wake cycle by regulating individuals’ circadian rhythms through the suprachiasmatic nucleus （SCN）. On the other hand， light can directly affect sleep through the projection of melanopsin expressed by intrinsically photosensitive retinal ganglion cells （ipRGCs） to sleep- and wakefulness-related brain regions. However， there is still no clear consensus on whether light can affect sleep via regulation of sleep homeostatic process， which was another process driven the sleep-wake cycle. Future research should pay more attention on how to create “Human centric lighting” for those who work in the absence of daylight or need personal light to support their mental and physical requirement.

Keywords： daytime light， sleep， healthy lighting， mechanism， circadian rhythm