地球生物生活所必須的全部能量都直接或間接來源于太陽光，因此在漫長的進(jìn)化過程中，地表生物的生理功能都要受到光的影響。包括部分單細(xì)胞生物在內(nèi)的幾乎所有植物和動(dòng)物都有自己的光感受系統(tǒng)，并且根據(jù)光的變化進(jìn)行相應(yīng)的適應(yīng)與調(diào)節(jié)。陽光作為人類生存、繁衍和發(fā)展不可或缺的環(huán)境因素，深刻地影響著人類。

      人類從掌握用火開始，人工光源就部分替代了太陽光的功能，經(jīng)過漫長的演化，從化學(xué)燃料到白熾燈、熒光燈，再到激光、LED等電光源，人類對(duì)光的追求從未止步。隨著人工光源的普及，大量照明、顯示廣告、汽車等強(qiáng)光光源廣泛使用，由光源導(dǎo)致的健康問題越來越受到人們的重視。人眼可見的光波長范圍為380nm~780nm，波長不同的光線，引起人眼的顏色感覺不同。正常視力的人眼在明視覺下對(duì)波長為555nm的電磁波最為敏感，這種電磁波處于光學(xué)頻譜的黃綠光區(qū)域。人類看到的是一個(gè)有多種顏色組成的彩色世界，

       同時(shí)這個(gè)彩色世界對(duì)于人的生理和心理會(huì)產(chǎn)生不同的影響。比如看到紅色會(huì)具體聯(lián)想到紅花、火焰等 , 而抽象地聯(lián)想到熱情、喜慶等；和諧美麗的色彩，會(huì)使人精神愉快；雜亂的色彩，使人情緒波動(dòng)；這些都是與光相關(guān)神經(jīng)心理的反應(yīng)。

      超量或雜亂的光輻射會(huì)對(duì)環(huán)境及人體健康產(chǎn)生不良影響，即 “光污染”。過于光亮的釉面墻磚、白亮的日光燈、明晃晃的鏡面、閃爍的電視或電腦屏幕，甚至雜志反光的銅版紙、夜間的廣告燈光侵入室內(nèi)的過度戶外照明都是被忽視的光污染，嚴(yán)重的光污染會(huì)對(duì)人類的正常生活和工作、娛樂、休息等帶來不利影響，甚至影響視力發(fā)育、導(dǎo)致白內(nèi)障、心煩、 焦慮、失眠、影響激素分泌等問題。

      同時(shí)，光還具有非視覺效應(yīng)。有研究表明高色溫、高頻率的動(dòng)態(tài)光環(huán)境更容易讓人警覺，低色溫的靜態(tài)光更容易讓人放松。大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，光照影響動(dòng)物多種激素的分泌水平，從而影響動(dòng)物的生物節(jié)律，最為顯著的是褪黑激素和性腺軸激素的分泌；季節(jié)性的光線變化會(huì)影響哺乳動(dòng)物性激素水平。

      光對(duì)人的體溫、代謝、激素的產(chǎn)生、注意力與舉止行為的波動(dòng)等都有一定的影響。夜間強(qiáng)光照射會(huì)抑制褪黑激素的分泌，影響入睡，進(jìn)而影響晝夜節(jié)律，多項(xiàng)研究表明光照對(duì)人的晝夜節(jié)律和不同環(huán)境溫度下體溫的調(diào)整都有重要的作用。

      光作為一種電磁輻射，當(dāng)其超過一定的輻亮度或輻照度時(shí)，會(huì)對(duì)人眼和皮膚產(chǎn)生直接的危害，光生物安全就是用來評(píng)價(jià)這些傷害，不同的波長對(duì)人眼和皮膚的損傷見表 1.1。

表 1.1 不同波長對(duì)人眼和皮膚的損傷

      光源中，特定波長的光輻射值超出安全范圍，就會(huì)引起對(duì)應(yīng)的人體損傷，國際上通常把光生物安全分為：無危險(xiǎn)、低危險(xiǎn)、中度危險(xiǎn)、高危險(xiǎn)級(jí)別。例如高強(qiáng)度的藍(lán)光能穿透人眼角膜和晶狀體，直達(dá)黃斑區(qū)，對(duì)人眼視網(wǎng)膜造成極大的傷害，增加黃斑部位病變，引發(fā)視力下降、白內(nèi)障等眼疾，甚至?xí)寡劬κ鳌?/span>

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      人眼視覺的感光細(xì)胞分別為傳統(tǒng)認(rèn)知的視網(wǎng)膜錐狀細(xì)胞、桿狀細(xì)胞和本世紀(jì)新發(fā)現(xiàn)的本征感光視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞三種。

      錐狀細(xì)胞：錐狀細(xì)胞也稱為視錐細(xì)胞(cone)在視網(wǎng)膜感光層內(nèi)，數(shù)量少、體積小，單眼約有650~700萬個(gè)，集中在黃斑區(qū)內(nèi)，在中心凹處密度最高，錐狀細(xì)胞感光靈敏度低，在光環(huán)境照度值較高的情況下起主要作用。錐狀細(xì)胞具有分辨空間細(xì)節(jié)和顏色的能力，錐狀細(xì)胞中含有三種光色素，對(duì)藍(lán)、綠、紅三種顏色敏感。

      桿狀細(xì)胞：桿狀細(xì)胞也稱為視桿細(xì)胞(rod)在視網(wǎng)膜感光層內(nèi)，單眼約有1.2 億個(gè)，分布在視網(wǎng)膜的周圍，桿狀細(xì)胞感光靈敏度高，在黑暗或低照度光環(huán)境下起主導(dǎo)作用，不具有分辨空間細(xì)節(jié)和顏色的能力。雖然錐狀細(xì)胞與桿狀細(xì)胞的比例是20：1，但錐狀細(xì)胞提供給大腦的信息卻占90%。

      本征感光視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(ipRGC): ipRGC也叫非成像視覺感光細(xì)胞，分布在整個(gè)視網(wǎng)膜上，單眼約有150萬個(gè)，它可接收來自視錐和視桿細(xì)胞傳遞的信號(hào)參與成像視覺功能， 還參與瞳孔對(duì)光反射、情緒調(diào)控等。光信息通過該細(xì)胞傳遞到視交叉上核(SCN)→下丘體→ 腦垂體→松果體，抑制褪黑素的分泌，進(jìn)而調(diào)控人體晝夜節(jié)律，其中藍(lán)光435-494nm波段與人體系統(tǒng)、組織、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、基因等作用活躍，這種作用與影響稱為光的非視覺效應(yīng)(或者 光的生物效應(yīng))，ipRGC 的精細(xì)結(jié)構(gòu)與功能已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

      視覺是人眼接受外界環(huán)境光刺激所輸入的信息，主要包括亮度(照度)、顏色、形狀、運(yùn)動(dòng)和空間立體感。人類的視覺系統(tǒng)與照相系統(tǒng)有很多相似之處。人眼是一個(gè)直徑約為24mm可自由調(diào)焦的晶狀體，其構(gòu)造很像一架裝入膠片的照相機(jī)。

      人眼的組織結(jié)構(gòu)會(huì)隨著年齡的增加而發(fā)生變化，發(fā)育是細(xì)胞分裂、分化、形態(tài)構(gòu)建、成長的一系列過程，是基因和環(huán)境因子相互作用轉(zhuǎn)化的過程。年齡越大，視覺功能逐步衰老，視網(wǎng)膜的自我防御機(jī)能減弱。人的一生中，瞳孔最大的時(shí)期是青春期。原因在于，隨著年齡增加，眼睛的睫狀肌發(fā)生老化現(xiàn)象，從而使得瞳孔縮小，對(duì)光變化的反應(yīng)能力降低。所以兒童青年對(duì)光變化的反應(yīng)能力最強(qiáng)，更要注意視覺健康問題。

      人眼屈光系統(tǒng)在不同年齡段有不同的特點(diǎn)，整個(gè)過程是由遠(yuǎn)視到正視再到近視動(dòng)態(tài)變化，且過程不可逆。屈光度在多種因素作用下，或由于發(fā)育不良而停留于遠(yuǎn)視階段，或由于過度發(fā)育而向近視化方向發(fā)展。而在人眼的生長發(fā)育期，自身因素和環(huán)境因素共同起作用，其中環(huán)境因素顯得尤為重要，因此有必要對(duì)兒童青少年的光環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)和改造。

      兒童和青少年時(shí)期，是生理心理快速成長期，是身體發(fā)育和各器官逐步成熟的重要時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，骨骼將迅速增長和成熟，肌肉變得結(jié)實(shí)有力，大腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也逐步變得成 熟，思維能力快速發(fā)展，記憶力和理解力增強(qiáng)，想象力豐富，神經(jīng)系統(tǒng)逐漸發(fā)達(dá)，內(nèi)分泌機(jī)制逐漸完善，心理變化較大，其心理的成長趕不上生理的變化與成長。相對(duì)于成人有比較穩(wěn)定的視力而言，視覺是思維的一種基本媒介，兒童青少年時(shí)期的視力狀況隨著眼球的發(fā)育一直處于變化之中，兒童眼部的屈光系統(tǒng)尚在發(fā)育階段，不僅僅是角膜、晶狀體較為透明、光通過量比較高，其視網(wǎng)膜敏感度也高，兒童青少年的屈光調(diào)節(jié)能力可達(dá)15D，即1,500度，直到15歲左右，孩子的眼球發(fā)育基本與成人相當(dāng)，到25歲左右，視力才能真正穩(wěn)定。

      青少年時(shí)期，人體眼球的彈性很大，長期超負(fù)荷用眼會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)痙攣，在這種狀態(tài)下，睫狀肌長期持續(xù)收縮，視力疲勞，眼軸逐漸拉長不能恢復(fù)，進(jìn)一步發(fā)展成為近視等 疾病。在此期間，是青少年求知欲強(qiáng)烈、看書多的時(shí)候；也因功課多、作業(yè)忙，長時(shí)間看電視、電腦、手機(jī)等，使青少年戶外活動(dòng)明顯減少，長期處于近距離定焦注視狀態(tài)；更有人忽視用眼衛(wèi)生，閱讀時(shí)不注意距離與姿勢(shì)，不注意閱讀時(shí)的照明和時(shí)間，光線不充分，照明不夠亮或閱讀寫字連續(xù)幾個(gè)小時(shí)不休息，造成這一年齡段的青少年出現(xiàn)用眼衛(wèi)生不良、視近過度等情況，由于視覺缺陷影響思維、行為和心理的健康成長。

      兒童青少年時(shí)期，眼內(nèi)玻璃體呈凝膠狀、隨著年齡的增大向 液化玻璃體逐漸轉(zhuǎn)變。這個(gè)時(shí)期，眼球的透過性更好，對(duì)光刺激更敏感，也更容易受到不健康光照的影響。例如 1999年《自然》雜志報(bào)道一項(xiàng)研究表明，2歲以下幼兒夜間開燈睡覺容易導(dǎo)致近視。另外，兒童眼睛的角膜和晶狀體很容易受到紫外線的侵害，如果不注意防護(hù)，會(huì)損傷角膜上皮，而且對(duì)視網(wǎng)膜黃斑造成灼傷。

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      光環(huán)境從視覺和非視覺感知以及生理心理狀態(tài)等多個(gè)方面對(duì)兒童青少年產(chǎn)生影響，好的光環(huán)境有助于兒童青少年健康成長，同時(shí)，兒童青少年對(duì)光環(huán)境的需求也是復(fù)雜多樣的。可見性、學(xué)習(xí)績效、情緒與氛圍、視覺舒適、審美、健康與生物安全性、生理節(jié)律等方面的需求都是我們?cè)谠O(shè)置照明環(huán)境時(shí)需要考慮的。

      兒童青少年對(duì)光環(huán)境的最主要需求就是視覺可見性，可見性代表了一種從視野中提取信息的能力。良好的可見性是創(chuàng)造健康光環(huán)境的必要條件，也是學(xué)術(shù)界中的一個(gè)重要的研究方向，經(jīng)過大量的研究，我們已經(jīng)對(duì)可見性的重要性以及如何實(shí)現(xiàn)良好的可見性有了深刻的理解，對(duì)比度、亮度、光色、時(shí)間以及物體的形貌尺寸等都是影響物體可見性的重要因素。

      在工作和學(xué)習(xí)時(shí)，光環(huán)境應(yīng)能保障視覺作業(yè)績效。對(duì)于兒童青少年來說，光環(huán)境要滿足他們讀寫學(xué)習(xí)等視覺作業(yè)的要求。值得一提的是，視覺作業(yè)績效的需求與此前提到的光環(huán)境可見性的需求是不完全一樣的。視覺作業(yè)績效同時(shí)也會(huì)受到其他非視覺因素的影響，例如熟練程度、思維能力、大腦清醒程度、動(dòng)作技巧等諸多因素，這些因素會(huì)與可見 性共同影響兒童青少年的學(xué)習(xí)績效。一些針對(duì)工作學(xué)習(xí)環(huán)境中的照明研究中采用了色溫、照度這兩種參數(shù)來描述光環(huán)境，部分研究結(jié)果認(rèn)為工作學(xué)習(xí)環(huán)境中適宜采用高色溫的光照，使得工作效率得到提高；另一方面，高水平照度也能獲得較好的工作效率。同時(shí)，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)中均證實(shí)了色溫與照度兩種因素對(duì)工作績效的影響存在著交互效應(yīng)，考慮任何一個(gè)光環(huán)境因素時(shí)都要考慮另一個(gè)因素的影響水平。兒童青少年對(duì)光環(huán)境會(huì)做出情緒上的響應(yīng)，因此也要考慮情緒與氛圍等方面的需求。

      光環(huán)境會(huì)影響身處其中的兒童青少年們對(duì)環(huán)境的偏好度、滿意度、放松感或是興奮感。而這些情緒狀態(tài)又可能會(huì)間接地影響到他們的學(xué)習(xí)狀態(tài)。同樣，光環(huán)境下的視覺舒適度也會(huì)影響到學(xué)習(xí)狀態(tài)、視力健康和情緒感受。另外，需要特別提出的是光環(huán)境的審美感受，審美是人的內(nèi)心世界(情感、情志)對(duì)外部世界美的價(jià)值的判斷，它不同于情緒響應(yīng)。好的光環(huán)境可以為兒童青少年帶來更好的審美體現(xiàn)。復(fù)旦大學(xué)林燕丹課題組在探索教室光分布對(duì)視覺績效和視覺感受的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過設(shè)置不同色溫、照度的直接照明與間接照明相組合的教室光環(huán)境條件，可以影響學(xué)生視覺任務(wù)績效并且影響視覺舒適性，在直接照明的基礎(chǔ)上補(bǔ)充間接照明會(huì)改變對(duì)當(dāng)前教室環(huán)境的主觀感受，使整體環(huán)境更加充滿活力。

      兒童的好奇心強(qiáng)，求知欲望強(qiáng)，但是約束力和控制力不足，容易受到周圍環(huán)境的影響，進(jìn)入小學(xué)之后，注意力才能逐漸穩(wěn)定下來。有研究表明強(qiáng)烈、顏色不一、復(fù)雜的光源，會(huì)分散孩子的注意力，使孩子的情緒容易躁動(dòng)?，F(xiàn)在大多數(shù)電子產(chǎn)品的特點(diǎn)是有豐富的色彩 , 畫面變幻快等，容易吸引兒童的注意力，但是長時(shí)間觀看這種畫面快速閃爍的屏幕，容易導(dǎo)致視疲勞；室內(nèi)光線分布不均，電子產(chǎn)品、課本、書籍的過亮或顏色過白與周圍環(huán)境光形成巨大反差，這些都會(huì)加重兒童的視疲勞。

      不合適的光照會(huì)影響眼球的生理發(fā)育，造成視力的不良，甚至視組織的損傷。不同的光照環(huán)境還會(huì)刺激體內(nèi)激素水平、影響生物鐘，對(duì)兒童青少年的心理和大腦發(fā)育也有一定的影響。有研究報(bào)道經(jīng)常戶外活動(dòng)的孩子，其性格較為陽光、開朗。同時(shí)，鍛煉了眼睛的調(diào)節(jié)能力，對(duì)預(yù)防近視大有益處。

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