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。包括部分單細胞生物在內(nèi)的幾乎所有植物和動物都有自己的光感受系統(tǒng)，并且根據(jù)光的變化進行相應的適應與調(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，從化學燃料到白熾燈、熒光燈，再到激光、LED等電光源，人類對光的追求從未止步。隨著人工光源的普及，大量照明、顯示廣告、汽車等強光光源廣泛使用，由光源導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波長為555nm的電磁波最為敏感，這種電磁波處于光學頻譜的黃綠光區(qū)域。人類看到的是一個有多種顏色組成的彩色世界，

       同時這個彩色世界對于人的生理和心理會產(chǎn)生不同的影響。比如看到紅色會具體聯(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，會使人精神愉快；雜亂的色彩，使人情緒波動；這些都是與光相關(guān)神經(jīng)心理的反應。

      超量或雜亂的光輻射會對環(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，嚴重的光污染會對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、導致白內(nèi)障、心煩、 焦慮、失眠、影響激素分泌等問題。

      同時，光還具有非視覺效應。有研究表明高色溫、高頻率的動態(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。大量的動物實驗表明，光照影響動物多種激素的分泌水平，從而影響動物的生物節(jié)律，最為顯著的是褪黑激素和性腺軸激素的分泌；季節(jié)性的光線變化會影響哺乳動物性激素水平。

      光對人的體溫、代謝、激素的產(chǎn)生、注意力與舉止行為的波動等都有一定的影響。夜間強光照射會抑制褪黑激素的分泌，影響入睡，進而影響晝夜節(jié)律，多項研究表明光照對人的晝夜節(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，當其超過一定的輻亮度或輻照度時，會對人眼和皮膚產(chǎn)生直接的危害，光生物安全就是用來評價這些傷害，不同的波長對人眼和皮膚的損傷見表 1.1。

表 1.1 不同波長對人眼和皮膚的損傷

      光源中，特定波長的光輻射值超出安全范圍，就會引起對應的人體損傷，國際上通常把光生物安全分為：無危險、低危險、中度危險、高危險級別。例如高強度的藍光能穿透人眼角膜和晶狀體，直達黃斑區(qū)，對人眼視網(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，甚至會使眼睛失明。

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

      錐狀細胞：錐狀細胞也稱為視錐細胞(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，集中在黃斑區(qū)內(nèi)，在中心凹處密度最高，錐狀細胞感光靈敏度低，在光環(huán)境照度值較高的情況下起主要作用。錐狀細胞具有分辨空間細節(jié)和顏色的能力，錐狀細胞中含有三種光色素，對藍、綠、紅三種顏色敏感。

      桿狀細胞：桿狀細胞也稱為視桿細胞(rod)在視網(wǎng)膜感光層內(nèi)，單眼約有1.2 億個，分布在視網(wǎng)膜的周圍，桿狀細胞感光靈敏度高，在黑暗或低照度光環(huán)境下起主導作用，不具有分辨空間細節(jié)和顏色的能力。雖然錐狀細胞與桿狀細胞的比例是20：1，但錐狀細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)細胞(ipRGC): ipRGC也叫非成像視覺感光細胞，分布在整個視網(wǎng)膜上，單眼約有150萬個，它可接收來自視錐和視桿細胞傳遞的信號參與成像視覺功能， 還參與瞳孔對光反射、情緒調(diào)控等。光信息通過該細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，進而調(diào)控人體晝夜節(jié)律，其中藍光435-494nm波段與人體系統(tǒng)、組織、細胞、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(或者 光的生物效應)，ipRGC 的精細結(jié)構(gòu)與功能已成為當前研究的熱點。

      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、運動和空間立體感。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。

      人眼的組織結(jié)構(gòu)會隨著年齡的增加而發(fā)生變化，發(fā)育是細胞分裂、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)膜的自我防御機能減弱。人的一生中，瞳孔最大的時期是青春期。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，對光變化的反應能力降低。所以兒童青年對光變化的反應能力最強，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，整個過程是由遠視到正視再到近視動態(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，因此有必要對兒童青少年的光環(huán)境進行針對性設計和改造。

      兒童和青少年時期，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期。在這個時期，骨骼將迅速增長和成熟，肌肉變得結(jié)實有力，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，想象力豐富，神經(jīng)系統(tǒng)逐漸發(fā)達，內(nèi)分泌機制逐漸完善，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，到25歲左右，視力才能真正穩(wěn)定。

      青少年時期，人體眼球的彈性很大，長期超負荷用眼會導致調(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，進一步發(fā)展成為近視等 疾病。在此期間，是青少年求知欲強烈、看書多的時候；也因功課多、作業(yè)忙，長時間看電視、電腦、手機等，使青少年戶外活動明顯減少，長期處于近距離定焦注視狀態(tài)；更有人忽視用眼衛(wèi)生，閱讀時不注意距離與姿勢，不注意閱讀時的照明和時間，光線不充分，照明不夠亮或閱讀寫字連續(xù)幾個小時不休息，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。這個時期，眼球的透過性更好，對光刺激更敏感，也更容易受到不健康光照的影響。例如 1999年《自然》雜志報道一項研究表明，2歲以下幼兒夜間開燈睡覺容易導致近視。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，會損傷角膜上皮，而且對視網(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)等多個方面對兒童青少年產(chǎn)生影響，好的光環(huán)境有助于兒童青少年健康成長，同時，兒童青少年對光環(huán)境的需求也是復雜多樣的。可見性、學習績效、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在設置照明環(huán)境時需要考慮的。

      兒童青少年對光環(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，也是學術(shù)界中的一個重要的研究方向，經(jīng)過大量的研究，我們已經(jīng)對可見性的重要性以及如何實現(xiàn)良好的可見性有了深刻的理解，對比度、亮度、光色、時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。

      在工作和學習時，光環(huán)境應能保障視覺作業(yè)績效。對于兒童青少年來說，光環(huán)境要滿足他們讀寫學習等視覺作業(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)績效同時也會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、動作技巧等諸多因素，這些因素會與可見 性共同影響兒童青少年的學習績效。一些針對工作學習環(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)果認為工作學習環(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，大多數(shù)實驗中均證實了色溫與照度兩種因素對工作績效的影響存在著交互效應，考慮任何一個光環(huán)境因素時都要考慮另一個因素的影響水平。兒童青少年對光環(huán)境會做出情緒上的響應，因此也要考慮情緒與氛圍等方面的需求。

      光環(huán)境會影響身處其中的兒童青少年們對環(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)又可能會間接地影響到他們的學習狀態(tài)。同樣，光環(huán)境下的視覺舒適度也會影響到學習狀態(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)對外部世界美的價值的判斷，它不同于情緒響應。好的光環(huán)境可以為兒童青少年帶來更好的審美體現(xiàn)。復旦大學林燕丹課題組在探索教室光分布對視覺績效和視覺感受的影響時發(fā)現(xiàn)，通過設置不同色溫、照度的直接照明與間接照明相組合的教室光環(huán)境條件，可以影響學生視覺任務績效并且影響視覺舒適性，在直接照明的基礎(chǔ)上補充間接照明會改變對當前教室環(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，求知欲望強，但是約束力和控制力不足，容易受到周圍環(huán)境的影響，進入小學之后，注意力才能逐漸穩(wěn)定下來。有研究表明強烈、顏色不一、復雜的光源，會分散孩子的注意力，使孩子的情緒容易躁動?，F(xiàn)在大多數(shù)電子產(chǎn)品的特點是有豐富的色彩 , 畫面變幻快等，容易吸引兒童的注意力，但是長時間觀看這種畫面快速閃爍的屏幕，容易導致視疲勞；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，這些都會加重兒童的視疲勞。

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

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