冬季习惯性日间光照对夜间睡眠的影响
冬季城市光照对夜间睡眠的影响
背景介绍
光照和黑暗是调节人类昼夜节律的主要环境因素。在自然环境中，人类暴露在3000勒克斯（阴天冬季天空）到100,000勒克斯（晴朗天空）的光照下。然而，现代城市环境中，尤其是在冬季，人们往往暴露在极低的光照水平下，这种现象被称为“生物黑暗”（biological darkness）。这种低光照环境可能对人类睡眠结构和心理健康产生深远影响。过去的研究表明，光照不足与抑郁症等精神疾病的生物标志物（如快速眼动睡眠（REM）潜伏期缩短）有关。然而，关于低光照对健康人群睡眠结构的具体影响，研究仍然有限。
本研究旨在探讨冬季城市环境中，日间光照对夜间睡眠的客观影响，特别是对REM睡眠和慢波睡眠（SWS）的影响。研究团队希望通过量化城市冬季的日间光照水平，揭示其与夜间睡眠参数之间的关系，从而为理解光照对人类生理节律的影响提供新的见解。
论文来源
本论文由Claudia Nowozin、Amely Wahnschaffe、Jan de Zeeuw等作者共同完成，研究团队来自德国柏林夏里特医学院（Charité – Universitätsmedizin Berlin）的生理学研究所和睡眠与临床时间医学诊所（Clinic Sleep & Chronomedicine）。论文于2025年发表在European Journal of Neuroscience期刊上，题为《Living in Biological Darkness II: Impact of Winter Habitual Daytime Light on Night-Time Sleep》。
研究流程
研究对象与设计
研究招募了11名健康参与者（平均年龄25.4岁，6名男性，5名女性），他们在2008年冬季连续四天佩戴装有光照传感器的眼镜框架，记录日间光照强度（范围为1-40,000勒克斯）。其中9名参与者还在实验室进行了两晚的多导睡眠图（polysomnography, PSG）监测，以评估夜间睡眠结构。
光照测量
光照传感器垂直安装在眼镜框架上，记录频率为1赫兹。研究团队对原始数据进行了清洗，剔除了低于1勒克斯和高于40,000勒克斯的异常值，最终使用了87.2%的有效数据。光照数据按时间段分为早晨（7:00-11:00）、中午（11:00-15:00）和下午（15:00-19:00），并计算了每个时间段的中位数光照强度。
睡眠监测
参与者在实验室中度过一晚，期间暴露在低光照条件下（勒克斯），并进行PSG监测。PSG数据根据美国睡眠医学会（AASM）标准进行评分，记录了REM睡眠潜伏期、REM睡眠密度、REM极性（REM在睡眠末期的分布）以及慢波睡眠（SWS）的夜间分布。
主要结果
日间光照水平
研究发现，参与者在冬季城市环境中的日间光照水平极低。全天（7:00-19:00）的中位数光照强度仅为23勒克斯，早晨为81勒克斯，中午为68勒克斯，下午为22勒克斯。参与者每天仅有36分钟暴露在500勒克斯以上的光照下。
光照与睡眠参数的关系
- REM睡眠潜伏期：中午（11:00-13:00）的光照强度与REM睡眠潜伏期显著相关（rho = 0.817, p = 0.049）。较低的中午光照水平与较短的REM睡眠潜伏期相关。
- REM极性：中午光照强度较低时，REM极性更倾向于睡眠的早期阶段（rho = 0.817, p = 0.049）。
- 非REM睡眠：下午（15:00-17:00）的光照强度与N2睡眠阶段持续时间呈负相关（rho = -0.883, p = 0.014）。
讨论与结论
研究结果表明，冬季城市环境中的低光照水平显著影响了夜间睡眠结构，特别是REM睡眠的分布和潜伏期。这些变化与抑郁症患者中观察到的睡眠模式相似，提示低光照环境可能对人类心理健康产生潜在影响。研究还提出，人类生理系统似乎能够适应这种低光照环境，并在这种条件下对光照强度的变化做出反应。
研究亮点
- 低光照环境的量化：研究首次量化了冬季城市环境中的日间光照水平，揭示了“生物黑暗”现象。
- 光照与睡眠的关系：研究发现，即使在极低的光照水平下，光照强度的变化仍能显著影响夜间睡眠结构。
- 抑郁症睡眠模式的相似性：研究结果与抑郁症患者的睡眠模式相似，为理解光照与心理健康的关系提供了新的视角。
研究意义
本研究不仅揭示了冬季城市环境中光照不足对人类睡眠的影响，还为未来研究光照与心理健康的关系提供了重要数据。研究结果提示，优化日间光照条件可能有助于改善睡眠质量和心理健康，特别是在冬季和城市环境中。此外，研究提出的“生物黑暗”概念为理解现代生活方式对人类生理节律的影响提供了新的理论框架。
其他有价值的信息
研究团队还开发了一种新的数学工具，用于量化REM和SWS在夜间睡眠中的分布（极性）。这种方法通过将每个30秒的睡眠阶段表示为向量，并在24小时极坐标系统中求和，从而计算出REM和SWS的“极性”时间和强度。这一方法为睡眠研究提供了新的分析工具。
本研究通过量化冬季城市环境中的光照水平及其对睡眠的影响，为理解光照与人类生理节律的关系提供了重要见解，并为未来的心理健康研究奠定了基础。