相关色温与一天中不同时间对封闭空间内认知工作负荷及自主神经调节的非视觉影响

《International Journal of Industrial Ergonomics》：Non-visual effects of correlated color temperature and time-of-day on cognitive workload and autonomic regulation in confined spaces

本研究在封闭舱内探究了色温（CCT）和时间对认知负荷及自主反应的影响。15名健康受试者在三个时间段（9-12点、14-17点、19-22点）分别暴露于三个CCT条件，通过EEG、HRV、行为任务及主观量表评估。结果显示6500K下午时段提升认知效率、降低焦虑，而2700K促进副交感神经活动。研究证实CCT与时间共同调节生理及认知响应，为封闭环境照明设计提供依据。

　　在封闭环境中，如太空舱、潜水器和地下设施，自然光照的缺失是一个显著的问题。这类环境通常具有长期隔离、有限的外部访问以及严格控制的环境参数，而缺乏自然光则成为影响人体生物节律和生理稳定的关键因素。自然光作为生物节律的主要调节者，其缺失可能导致睡眠质量下降、警觉性降低以及认知功能受损。因此，如何通过人工照明来模拟自然光的生物节律效应，成为改善封闭环境人员健康和工作效率的重要研究方向。

近年来，研究者逐渐认识到，光照参数不仅影响视觉舒适度，还与神经认知功能、工作表现和心理状态密切相关。其中，相关色温（CCT）作为照明设计中的核心参数之一，被认为在调节觉醒状态、大脑活动和情绪方面具有重要作用。例如，一些研究表明，5000–6500K范围内的光照可以增强大脑的β波活动，同时抑制α波，从而提高警觉性和执行控制能力。这种神经电生理上的变化可能与光照对大脑皮层的激活方式有关，进而影响个体的认知表现和情绪反应。

此外，光照的时机同样重要，因为生物节律本身具有时间依赖性。在一天中的不同时间段，光照对个体的影响可能有所不同。例如，白天的光照有助于提高警觉性和工作效率，而傍晚的光照可能短暂提升警觉性，但会干扰后续的睡眠质量。这些发现表明，光照的时间和色温共同作用，对个体的生理和心理状态产生复杂的影响。因此，研究CCT与时间的交互作用，对于优化封闭环境中的照明设计至关重要。

本研究的目的是探讨CCT与时间的联合影响，特别是在缺乏自然光的封闭舱室内，如何调节认知负荷和自主神经系统反应。为了实现这一目标，研究团队设计了一项严格的实验，招募了18名健康青年成年人，分为男性和女性，年龄在18–27岁之间，平均年龄23.4±2.7岁。所有参与者均具有正常的视力或矫正后的正常视力（视力≥1.0），并且没有报告对LED照明的不良生理反应。研究还确保了所有参与者在正常体重范围内（BMI 18.5–25.4 kg/m2），且无自述的代谢或神经系统疾病，以减少其他变量对实验结果的干扰。

实验过程中，参与者被安排在三个不同的时间段（09:00–12:00、14:00–17:00、19:00–22:00）内接受三种CCT条件的照明。每个实验阶段，参与者执行N-back任务，同时收集其脑电图（EEG）、心率变异性（HRV）、行为表现以及主观评估（如KSS、SAS、WCS）等数据。研究结果表明，6500K的高色温照明与更快的反应速度、更低的焦虑和工作负荷评分以及增强的β波活动相关，尤其是在下午时段。这种现象可能与高色温光照对大脑皮层的激活作用有关，从而提高了个体的警觉性和任务执行效率。

相反，2700K的低色温照明则与副交感神经主导的心率变异性（HRV）模式相关，这种模式通常支持放松状态。研究还发现，下午时段的光照对个体的睡眠状态和大脑皮层活动有显著影响，表现为更高的睡眠困倦感和改变的大脑激活模式。这些结果表明，光照的时间和色温共同作用，对个体的生理和心理状态产生深远影响。

尽管已有研究指出CCT对生理节律和情绪状态的调节作用，但关于CCT与时间因素在封闭环境中如何共同影响多模态非视觉反应的系统性研究仍较为有限。因此，本研究通过严格的实验设计，探讨了CCT与时间的交互作用，并结合多种指标，包括EEG、HRV、行为表现和主观评估，分析其对认知负荷和自主神经系统反应的影响。研究结果表明，CCT和时间因素的联合作用在封闭环境中具有显著的调节效果，这为优化照明设计提供了重要的理论依据和实践指导。

此外，研究还发现，CCT对个体的情绪状态和注意力集中程度有显著影响。例如，在6500K的高色温条件下，参与者表现出更快的反应速度，焦虑评分和工作负荷评分均较低，这表明较冷的色温可能有助于降低焦虑和工作压力，同时提升信息处理速度。这种现象与之前的研究结果一致，即高色温照明可以改善个体的警觉性和执行控制能力。然而，研究也指出，CCT与时间的交互作用可能因暴露时机的不同而产生不同的神经认知结果，因此需要进一步探讨不同CCT条件在不同时间段内的具体影响。

为了验证这些假设，研究团队采用多模态评估方法，确保实验条件的标准化。通过收集EEG、HRV、行为表现和主观评估等数据，研究者能够全面分析光照对个体的多方面影响。这种综合评估方法不仅有助于理解光照对生理和心理状态的调节机制，还为开发符合生物节律的照明策略提供了科学依据。例如，在缺乏自然光的封闭环境中，设计合理的照明方案可以有效支持生理调节和认知功能，从而提高工作效率和生活质量。

研究结果还表明，CCT和时间因素的联合作用在不同时间段内对个体的生理和心理状态产生不同的影响。例如，在下午时段，6500K的高色温照明能够增强大脑的激活，提高警觉性和任务表现，而2700K的低色温照明则有助于放松和恢复。这些发现强调了在封闭环境中，照明参数的合理选择对于维持个体的健康和工作效率至关重要。此外，研究还指出，光照的时间和色温共同作用可能影响个体的睡眠质量、情绪状态和认知表现，因此需要综合考虑这些因素，以制定更加科学和有效的照明策略。

在讨论部分，研究者进一步分析了CCT对个体主观情绪状态和注意力集中程度的影响。研究发现，6500K的高色温照明能够显著降低焦虑和工作负荷评分，同时提高反应速度，这表明较冷的色温可能有助于缓解心理压力，提高工作效率。然而，研究也指出，不同CCT条件在不同时间段内的影响可能有所不同，因此需要进一步探讨其具体作用机制。此外，研究还发现，CCT和时间因素的联合作用可能影响个体的睡眠质量和情绪状态，这为优化照明设计提供了重要的参考依据。

最后，研究者总结了本研究的主要发现，并指出这些结果对封闭环境中的照明设计具有重要的实践意义。通过分析CCT与时间的联合影响，研究者发现，合理的照明参数选择可以有效支持生理调节和认知功能，从而提高工作效率和生活质量。此外，研究还强调了在封闭环境中，照明设计需要综合考虑多种因素，包括色温、光照时间以及个体的生理和心理状态，以制定更加科学和有效的照明策略。这些发现不仅为改善封闭环境中的照明设计提供了理论依据，还为未来的相关研究奠定了基础。