在夜晚，放下手機，是對睡眠最好呵護

作者 | 博超

如何在入夜後獲得光照曾經是困擾人類數千年的難題。從原始社會到農業社會，通過燃燒木材和油脂來獲得光照曾經是人類孜孜以求的照明方式，進入工業社會以後，發電技術和照明技術的革新為人類度過黑夜創造了新的方式。現如今身處信息社會，我們可能正經歷著有史以來黑夜裡最嚴酷的考驗「夜晚光照」。

夜晚，從黑暗走向光亮！

美國航天局/NASA對地球表面夜晚光照連續跟拍1個月後得到的衛星圖，其中北美洲、西歐、東南亞、印度部分地區夜晚最為明亮。

美國航天局/NASA通過空間站衛星拍攝到西班牙和葡萄牙所在伊比利亞半島的夜晚光照

白色光，從自然光向人造光不斷進化

白色光是大自然和人類社會的寵兒，它一般由兩種（藍光+黃光）或三種（藍光+綠光+紅光）不同波長的光混合而成。自然光中的陽光、月光和人造光中的白熾燈燈光一般由連續光譜組成，其可見光部分由紅橙黃綠青藍紫七色光匯聚而成，而日光燈所散發的白光由紅綠藍三色熒光匯聚而成，LED燈散發的白光由藍光和黃光（黃色熒光粉激發）組成，或由紫外光激發熒光粉（紅綠藍三基色）產生的紅綠藍三色組成。

1878年，Joseph Wilson在英國首次取得了白熾燈專利權，1879年，Thomas Alva Edison在美國首次製成了碳化纖維白熾燈，此後數年，兩人為白熾燈的專利問題糾纏不休，1883年兩人就白織燈專利的問題達成庭外和解，並在英國合夥建立了Ediswan電燈公司，將電光源送進了千家萬戶。1974年，荷蘭飛利浦公司研製出更高效發光的熒光燈/日光燈，通過將紅、綠、藍三色熒光粉按比例混合成三基色熒光粉來產生白色光，科學界再次實現了光源發光效率和節能效率的提升。1993年，日本科學家中村修二研發出全球首個散發藍光的二極體/LED，補齊了LED可見光光譜中的藍色光，為工業製造低能耗高亮度的白光LED奠定了里程碑式的基礎，並藉此獲得了2014年諾貝爾物理學獎[1]。

從戶內到戶外，LED燈無處不在

白光LED燈的發明和推廣具有歷史性的深刻意義[2]，它的壽命是白熾燈和日光燈的3-25倍，能耗卻僅為白熾燈的15%、日光燈的60%，與日光燈相比，非水銀的結構使用也更為安全。從2009年到2016年，美國LED燈的安裝量就從40萬激增到2億個以上，僅2014年一年，LED燈在美國的大面積推廣就節省了14億美元的能源消耗，減少了710萬噸CO2排放，為環境保護和能源效率提升做出了巨大貢獻。與此同時，包括中國、美國、歐盟、日本、澳大利亞、加拿大在內的許多國家紛紛開始通過立法或行政命令的方式來淘汰高能耗的白熾燈和日光燈。

作為節能設備，LED燈的身影頻繁地出現在戶外和室內辦公、娛樂和照明系統之中，從智能手機、平板電腦、閱讀器、MP3播放器等電子設備，到電腦、電視、遊戲機、車載顯示屏，再到公路交通指示牌、照明路燈和公共照明系統，LED燈都扮演著無可替代的照明作用。

視黑素細胞，晝夜節律的前沿哨所

1723年，法國天體物理學家Jean-Jacques d』Ortous de Mairan在含羞草上觀察到植物晝夜節律的存在，此後科學家在其他植物、動物上也觀察到晝夜節律的存在[3]。2017年3位美國科學家Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash和Michael W. Young因為發現「調控晝夜節律的分子機制」而分享了當年的諾貝爾生理學或醫學獎[4]。

視交叉上核SCN作為晝夜節律的起搏器，能感知光信號的變化來調節人體內部的生物鐘，分子生物學的研究證明：周期基因Per和發條基因timeless的表達與晝夜節律調控直接相關。表達視黑素（melanopsin）的視網膜神經節細胞（以下簡稱為視黑素細胞）在視覺信息傳達中不承擔成像功能，但它能敏銳地覺察環境中的光亮度變化，在視覺非成像功能中發揮重要調節作用，例如：激活晝夜節律、抑制褪黑素分泌、維持覺醒、調節睡眠、改變瞳孔的對光反射[2]。

藍光，晝夜節律的轉換器

視黑素細胞作為傳導晝夜節律信息的前沿陣地，對不同波長的光敏感性不同，它能在480nm的藍光刺激下激活晝夜節律，在460nm的藍光刺激下抑制褪黑素分泌[2]。陽光、月光、星光由連續光譜的混合光組成，其主導波長在一天中的不同時間段不斷變化，黎明後主導波-藍光能喚醒晝夜節律，黃昏後主導波-紅光能促進晝夜節律沉睡。白熾燈和日光燈亦由連續波長的光混合而成，其穩定發光時的主導波長為574nm綠光，與視覺成像神經元的敏感波長555nm綠光最為接近[2]，LED燈白光一般由藍光和黃光混合而成，其主導波長為488nm的藍光，與視黑素細胞敏感性波長480nm和460nm藍光最為接近。藍光作為智能手機LED背光燈的主要成分，無疑會在夜晚極大地喚醒由清醒轉向沉睡的晝夜節律。

移動互聯網技術推動了LED燈在各類數字設備中的廣泛使用，與過往相比智能手機的普及使更多人在夜晚暴露在藍光照射之下。科學家對在夜晚使用智能手機的年輕志願者進行了廣泛調查，發現：在夜晚經過藍光照射後，志願者的體內的睡眠促進物質-褪黑素分泌減少，睡意減少覺醒程度提高，認知水平提升，但夜間睡眠也變得更加紊亂[2]。與成年人相比，夜晚的藍光照射對兒童和青少年影響更大，meta分析顯示在夜晚使用電子設備與睡眠不足直接相關。值得一提的是，充足的睡眠是青少年神經系統發育的重要保證，長期缺覺可能是許多青少年脾氣暴躁、學習低效率的直接原因[3]。

睡眠紊亂或與精神疾病互為因果

照明系統中藍光的日益盛行與志願者的晝夜節律擾亂有著密不可分的關係。瞳孔對光反射常用來檢測瞳孔的活動功能，研究發現：入睡較晚的人藍光照射後瞳孔對光反射更為強烈[2]。許多季節性情感障礙的患者在不同季節會呈現不同強度的瞳孔對光反射，而這與視黑素基因的表達變化密切相關。臨床研究對各年齡階段的精神疾病患者進行調查均發現[2]：從少年兒童到中老年人，各類精神疾病（焦慮症、阿爾茲海默症、酗酒、進食障礙）都與睡眠紊亂同時出現，此外許多情感障礙和創傷性後遺症的患者也都存在類似的睡眠紊亂。

總結一下

人類文明的不斷進化使夜晚變得越來越亮，LED藍光的發明推廣為能源效率提升鋪平了廣闊的道路，入夜後晝夜節律的前沿哨所-視黑素細胞，會在藍光的刺激之下不斷喚醒沉睡的晝夜節律，為睡眠紊亂和精神疾病埋下了重大隱患。

在夜晚放下手機，是對睡眠最好呵護。

參考文獻

[1] Nobel Prize. 2014. The Nobel Prize in physics 2014: popular information. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/popular.html

[2] Michael Bauer, Tasha Glenn, Scott Monteith, John F. Gottlieb, Philipp S. Ritter, John Geddes & Peter C. Whybrow, The potential influence of LED lighting on mental illness, ISSN: 1562-2975 (Print) 1814-1412 (Online) Journal homepage: http://www.tandfonline.com/loi/iwbp20

[3] Matthew Walke, Why We Sleep, 2017

[4] Nobel Prize. 2017. The Nobel Prize in medicine 2017: popular information

https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/

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