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1 立 心 理 研 究 所 碩 士 論 文 指 導 教 授 : 楊 建 銘 博 士 睡 前 不 同 色 溫 光 照 對 主 觀 嗜 睡 程 度 腦 波 心 跳 速 率 與 後 續 睡 眠 之 影 響 Effects of color temperature of pre-sleep light exposure on subjective sleepiness EEG heart rate and sleep 研 究 生 : 薛 旭 任 中 華 民 九 十 八 年 1

2 謝 誌 研 究 所 這 幾 年 的 生 活 對 我 來 說 有 著 很 特 別 的 意 義, 我 在 這 段 歲 月 中 經 歷 了 人 生 也 體 悟 了 人 生, 同 時 也 完 成 了 人 生 中 第 一 份 的 研 究 研 究 之 路 的 辛 苦, 我 想 只 有 真 正 走 過 的 人 才 能 完 全 了 解, 而 睡 眠 的 實 驗 又 比 其 它 研 究 更 加 的 辛 勞 這 篇 論 文 得 以 完 成, 首 先 必 須 謝 謝 我 的 指 導 教 授, 楊 建 銘 老 師 謝 謝 你 在 我 論 文 的 構 思 及 寫 作 過 程 中 提 供 了 重 要 的 方 向, 也 在 許 多 細 節 的 地 方 展 現 了 研 究 上 堅 持, 如 果 不 是 這 樣, 這 篇 論 文 在 統 計 的 部 分 上 將 會 少 掉 好 幾 顆 星 星 雖 然 我 研 究 所 比 預 計 中 多 讀 了 一 期, 但 我 也 在 這 段 時 光 中 有 了 其 它 更 重 要 的 收 穫 接 著 要 謝 謝 我 的 兩 位 口 委, 蔡 玲 玲 老 師 及 黃 淑 麗 老 師 兩 位 老 師 在 口 試 中 所 給 予 的 寶 貴 意 見 都 讓 這 篇 研 究 能 夠 以 更 好 的 面 貌 呈 現 出 來 也 要 感 謝 台 灣 科 技 的 胡 能 忠 教 授 以 及 Roger 和 尊 意, 謝 謝 你 們 在 儀 器 上 給 予 我 的 協 助 另 外, 我 最 想 要 感 謝 的 人 是 我 的 母 親 以 我 們 家 裡 的 狀 況, 能 夠 讓 我 和 少 宗 都 讀 到 立 研 究 所 的 歷, 都 是 因 為 我 們 的 背 後 有 一 個 偉 的 母 親 對 於 我 無 法 在 預 期 時 間 內 畢 業, 我 的 心 中 其 實 曾 一 度 充 滿 了 愧 疚, 但 妳 對 我 不 但 沒 有 任 何 的 責 難 與 懷 疑, 即 便 今 年 妳 的 身 體 健 康 出 現 了 狀 況, 仍 舊 無 條 件 地 給 予 我 精 神 與 經 濟 上 的 支 持 這 份 親 情, 我 想 這 輩 子 概 都 回 報 不 完 了 這 邊 也 要 謝 謝 藍 亭 老 師, 給 了 我 工 讀 的 機 會, 而 且 身 為 工 作 上 的 老 闆, 還 時 常 關 心 我 在 生 活 上 的 狀 況 及 論 文 的 進 度 謝 謝 新 店 慈 濟 醫 院 的 家 薇, 在 我 收 案 的 時 候, 介 紹 了 許 多 人 來 參 與 我 的 實 驗 這 裡 也 要 謝 謝 我 的 同 和 朋 友 們, 是 你 們 讓 我 的 研 究 所 生 活 裡 增 添 了 許 多 的 歡 笑, 我 永 遠 也 忘 不 了 您 真 內 行 瘋 狂 冒 險 聖 誕 節 和 跨 年 的 狂 歡 每 週 三 晚 上 的 鹹 酥 雞 配 電 影 以 及 寒 假 時 冷 到 不 行 的 騎 機 車 中 北 橫 之 旅 在 這 群 朋 友 中, 要 另 外 謝 謝 敦 閔 宣 宣 康 康 和 阿 珠 這 四 位 老 屁 股 們, 雖 然 我 是 完 全 科 取 向 的, 很 鐵 齒 但 如 果 真 的 有 輪 迴 的 話, 我 想 你 們 上 輩 子 可 能 都 是 我 的 兄 弟 姊 妹 吧 2

3 最 後, 我 想 向 所 有 實 驗 室 的 成 員 說 聲 謝 謝 我 在 這 裡 不 一 一 列 舉 並 不 是 因 為 記 不 住 人 名, 而 是 因 為 幾 乎 所 有 實 驗 室 的 成 員 都 幫 助 過 我 不 管 是 在 進 度 會 議 中 提 供 我 研 究 上 的 建 議 收 案 時 幫 我 貼 頭 還 是 聽 我 訴 說 研 究 上 遇 到 的 困 難, 我 在 這 裡 都 以 最 真 摯 的 心, 向 你 們 說 聲 謝 謝 薛 旭 任 於 台 北. 木 柵 3

4 摘 要 研 究 目 的 : 過 去 的 研 究 已 經 證 實 睡 前 的 光 照 會 影 響 後 續 的 睡 眠, 包 括 增 加 入 睡 所 需 時 間 以 及 減 少 第 一 個 睡 眠 週 期 或 前 半 夜 的 深 睡 然 而 這 些 研 究 使 用 數 千 勒 克 斯 (lux) 的 強 光 或 特 定 波 長 的 單 色 光 且 照 光 時 參 與 者 需 要 維 持 不 動 的 姿 勢 或 是 暴 露 同 一 光 源 下 6 小 時 以 上 的 時 間, 因 此 實 驗 情 境 與 現 實 生 活 有 很 的 不 同, 所 以 目 前 還 不 清 楚 這 些 研 究 結 果 是 否 可 以 類 推 至 現 實 生 活 中 本 研 究 將 實 驗 情 境 貼 近 日 常 生 活, 探 討 現 代 化 生 活 的 光 照 是 否 會 對 睡 眠 產 生 影 響 研 究 方 法 : 本 研 究 採 受 試 者 內 設 計 來 進 行 實 驗 以 市 售 3000K 和 5000K 兩 種 不 同 色 溫 的 光 源 進 行 實 驗, 將 亮 度 固 定 在 300 多 勒 克 斯, 並 將 結 果 與 弱 光 (<10 lux) 進 行 比 較 九 名 21 至 31 歲 的 正 常 參 與 者 維 持 規 律 睡 眠 一 星 期 後, 前 來 實 驗 室 三 晚 分 別 接 受 睡 前 三 小 時 不 同 的 光 照 以 及 整 夜 的 睡 眠 記 錄 在 三 小 時 的 光 照 期 間, 每 半 小 時 測 量 一 次 參 與 者 的 腦 波 和 心 跳 速 率, 並 要 求 他 們 填 寫 卡 羅 連 斯 加 嗜 睡 量 表 (The Karolinska Sleepiness Scale) 睡 眠 資 料 的 部 分, 針 對 三 個 依 變 項 進 行 分 析, 分 別 為 入 睡 時 間 前 兩 個 睡 眠 週 期 的 深 睡 期 以 及 Delta 波 的 頻 譜 功 率 結 果 : 高 色 溫 光 源 相 較 於 低 色 溫 光 源 更 能 降 低 主 觀 睡 前 嗜 睡 狀 態, 並 影 響 後 續 的 睡 眠, 包 括 入 睡 時 間 較 長 以 及 深 睡 期 較 短 高 色 溫 情 境 與 弱 光 相 比, 除 了 上 述 變 項 同 樣 有 效 果 外,Theta- 低 頻 Alpha 波 (5-9Hz) 的 頻 譜 功 率 在 5000K 的 光 照 後, 有 出 現 下 降 的 狀 況, 但 其 它 腦 波 的 頻 譜 功 率 並 沒 有 出 現 光 照 效 果 心 跳 速 率 和 前 兩 個 睡 眠 週 期 的 Delta 波 頻 譜 功 率 在 各 比 較 上 均 不 達 顯 著, 此 外 3000K 光 照 和 弱 光 在 所 有 依 變 項 上 的 比 較 均 沒 有 統 計 上 的 顯 著 差 異 結 論 : 本 研 究 將 實 驗 情 境 貼 近 日 常 生 活 後, 仍 致 可 看 到 與 過 去 研 究 類 似 的 結 4

5 果, 即 睡 前 高 色 溫 的 光 照 相 對 於 低 色 溫, 會 降 低 嗜 睡 程 度 並 影 響 後 續 睡 眠 另 外, 現 代 化 生 活 的 光 照, 與 弱 光 相 比, 會 增 加 參 與 者 的 入 睡 時 間 以 及 減 少 前 半 夜 的 深 睡, 但 室 內 燈 強 度 的 低 色 溫 光 源 並 不 會 對 參 與 者 的 睡 眠 產 生 這 些 影 響 因 此 本 研 究 結 果 建 議 睡 前 可 選 擇 低 色 溫 的 光 源, 以 避 免 光 照 對 入 睡 時 間 及 深 睡 的 影 響 關 鍵 字 : 光 照 色 溫 嗜 睡 程 度 腦 波 頻 譜 功 率 睡 眠 5

6 Abstract Objective:Previous studies confirmed that light exposure before sleep has negative impacts on sleep, including increased sleep onset latency and decreased deep sleep in the first sleep cycle. However experimental manipulations in those studies, such as exposure to bright light or to monochromatic light of specific wavelength and participants keeping a constant posture or light exposure for more than 6 hours are very different from daily life situation. It was not clear that whether those results could be generalized to everyday life. In our study, experiment condition was designed to approximate everyday life in order to examine the effect of presleep light exposure on daily life situations. Methods:The present study adopted within-subjects design. We used fluorescent light of color temperature of 5000K or 3000K in the experiment and the results were compared with dim light. Nine normal subjects participated in the study. They kept a regular sleep schedule during week before experiment. They came to sleep lab on three experiment nights and exposed to different light for three hours before sleep. During light exposure, EEG power, heart rate and subjective sleepiness were assessed every 30 minutes. For the sleep after light exposure, we analysed sleep onset latency, slow-wave sleep (SWS) duration and delta power after light exposure. Results: Subjective sleepiness decreased, sleep onset latency increased and SWS significantly decreased under color temperature of 5000K compared with color temperature of 3000K and dim light. Theta/low-frequence alpha (5-9Hz) power was lower under the color temperature of 5000K than dim light, but there were no effects 6

7 of light on other EEG power. Effects of light exposure on heart rate and delta power were not evident. When 3000K compared with dim light, there were no significant differences on all the variables. Conclusion: Compared with previous experiments, our study showed similar results when experiment condition was close to everyday life. Exposure to light of high color temperature decreases participants, sleepiness and influences their sleep by increasing sleep onset latency and decreasing SWS duration. When compared with dim light, exposure to light of low color temperature does not influence sleep. These findings implies that light of low color temperature should be used before sleep in order to avoid the detrimental effects of light on sleep. Key words:light exposure, color temperature, sleepiness, EEG power, sleep 7

8 目 次 謝 誌 2 中 文 摘 要 4 英 文 摘 要 6 第 一 章 緒 論 12 第 二 章 文 獻 探 討 第 一 節 光 照 對 晝 夜 節 律 的 影 響 13 第 二 節 光 照 對 警 覺 程 度 的 影 響 16 ( 一 ) 光 線 強 度 對 警 覺 的 影 響 20 ( 二 ) 光 照 持 續 時 間 對 警 覺 的 影 響 22 ( 三 ) 光 照 時 間 點 對 警 覺 的 影 響 22 ( 四 ) 光 線 波 長 與 色 溫 點 對 警 覺 的 影 響 23 第 三 節 光 線 影 響 晝 夜 節 律 與 警 覺 的 比 較 25 第 四 節 光 照 對 睡 眠 的 影 響 29 第 五 節 研 究 問 題 與 假 設 32 第 三 章 研 究 方 法 第 一 節 研 究 對 象 35 第 二 節 實 驗 設 計 與 流 程 35 第 三 節 研 究 工 具 37 第 四 節 資 料 分 析 41 第 四 章 研 究 結 果 第 一 節 參 與 者 人 口 統 計 資 料 43 第 二 節 不 同 光 照 對 睡 前 主 觀 嗜 睡 程 度 的 影 響 43 8

9 第 三 節 不 同 光 照 對 睡 前 腦 波 的 影 響 45 第 四 節 不 同 光 照 對 睡 前 心 跳 速 率 的 影 響 51 第 五 節 不 同 光 照 對 後 續 睡 眠 的 影 響 53 第 五 章 討 論 第 一 節 光 照 對 睡 前 嗜 睡 程 度 及 相 關 生 理 指 標 的 影 響 55 第 二 節 光 照 對 後 續 睡 眠 的 影 響 57 第 三 節 結 論 60 參 考 文 獻 62 附 錄 附 錄 一 卡 羅 連 斯 加 嗜 睡 量 表 70 9

10 表 次 表 2-1. 光 照 影 響 睡 眠 研 究 之 結 果 29 表 4-1.KSS 分 數 在 各 個 時 間 點 與 基 準 線 的 差 異 分 數 44 表 4-2.Delta 波 頻 譜 功 率 百 分 比 在 各 個 時 間 點 與 基 準 線 的 差 異 分 數 49 表 4-3.Theta 波 頻 譜 功 率 百 分 比 在 各 個 時 間 點 與 基 準 線 的 差 異 分 數 49 表 4-4.Alpha 波 頻 譜 功 率 百 分 比 在 各 個 時 間 點 與 基 準 線 的 差 異 分 數 50 表 4-5.Beta 波 頻 譜 功 率 百 分 比 在 各 個 時 間 點 與 基 準 線 的 差 異 分 數 50 表 4-6.Theta- 低 頻 Alpha 波 頻 譜 功 率 百 分 比 在 各 個 時 間 點 與 基 準 線 的 差 異 分 數 51 表 4-7. 心 跳 速 率 在 各 個 時 間 點 與 基 準 線 的 差 異 分 數 52 表 4-8. 入 睡 時 間 深 睡 期 Delta 波 頻 譜 功 率 及 腦 波 覺 醒 的 平 均 數 與 標 準 差 54 10

11 圖 次 圖 2-1. 光 線 強 度 與 節 律 位 移 的 關 係 ( 轉 載 自 Zeitzer et al., 2000) 14 圖 2-2. 不 同 光 照 時 間 點 對 晝 夜 節 律 的 影 響 ( 轉 載 自 Khalsa et al., 2003) 15 圖 2-3. 眼 睛 張 閉 狀 態 與 腦 波 測 量 的 關 係 ( 轉 載 自 Marzano et al, 2007) 19 圖 2-4. 光 線 強 度 與 警 覺 的 關 係 ( 轉 載 自 Cajochen et al., 2000) 21 圖 2-5. 光 線 活 化 腦 部 區 位 的 路 徑 ( 轉 載 自 Lockley & Gooley, 2006) 26 圖 2-6.SCN 調 控 睡 眠 及 核 心 體 溫 晝 夜 節 律 之 路 徑 ( 轉 載 自 Saper, Scammell, & Lu, 2005) 27 圖 3-1. 實 驗 流 程 圖 36 圖 3-2. 低 色 溫 與 高 色 溫 燈 各 波 長 光 線 的 含 量 38 圖 4-1. 不 同 光 照 與 不 同 時 間 點 的 KSS 分 數 44 圖 4-2. 不 同 光 照 與 不 同 時 間 點 Delta 波 的 頻 譜 功 率 百 分 比 46 圖 4-3. 不 同 光 照 與 不 同 時 間 點 Theta 波 的 頻 譜 功 率 百 分 比 47 圖 4-4. 不 同 光 照 與 不 同 時 間 點 Alpha 波 的 頻 譜 功 率 百 分 比 47 圖 4-5. 不 同 光 照 與 不 同 時 間 點 Beta 波 的 頻 譜 功 率 百 分 比 48 圖 4-6. 不 同 光 照 與 不 同 時 間 點 Theta- 低 頻 Alpha 波 的 頻 譜 功 率 百 分 比 48 圖 4-7. 不 同 光 照 與 不 同 時 間 點 的 心 跳 速 率 52 11

12 第 一 章 緒 論 對 於 人 類 而 言, 光 線 透 過 我 們 的 眼 睛, 能 對 我 們 的 身 體 產 生 許 多 影 響, 包 括 影 像 功 能 和 非 影 像 功 能 (non-imaging forming) 兩 類 前 者 即 家 所 熟 悉 的 視 覺 系 統 光 線 經 過 瞳 孔 (pupil) 到 達 視 網 膜 (retina), 由 錐 體 (cone) 和 桿 體 (rod) 兩 種 感 光 細 胞 (photoreceptors) 接 收 後, 將 訊 息 由 視 神 經 (optic nerve) 傳 遞 到 腦 皮 質 (cerebral cortex) 的 視 覺 區, 腦 再 進 一 步 把 訊 息 轉 碼 成 我 們 所 看 到 的 世 界 除 了 視 覺 的 影 像 外, 光 線 還 能 對 人 體 產 生 許 多 非 影 像 的 作 用, 例 如 晝 夜 節 律 (circadian rhythm) 的 調 整 和 警 覺 程 度 的 提 升, 此 外 光 照 療 也 被 發 展 出 來, 並 應 用 在 季 節 型 情 感 疾 患 (seasonal affective disorder) 重 鬱 症 (major depression) 和 暴 食 症 (bulimia nervosa) 的 療 上 (Terman, 2007) 自 從 二 十 多 年 前 Czeisler 等 人 (1986) 發 現 光 照 可 以 改 變 睡 眠 的 生 理 時 鐘 後, 光 照 療 更 進 一 步 用 於 晝 夜 節 律 性 的 睡 眠 疾 患 (circadian rhythm sleep disorder)(chesson et al., 1999) 雖 然 早 期 許 多 光 照 研 究 都 聚 焦 在 光 線 對 晝 夜 節 律 的 影 響, 但 近 幾 年 開 始 有 越 來 越 多 的 研 究 探 討 光 線 對 警 覺 或 嗜 睡 程 度 的 影 響 過 去 的 研 究 已 經 發 現 光 照 可 以 增 加 警 覺 或 降 低 主 觀 上 的 睡 意, 而 其 效 果 會 受 到 許 多 其 他 因 素 的 影 響, 其 中 一 項 是 光 源 的 色 溫 (color temperature) 高 色 溫 的 光 源 含 有 較 多 的 短 波 長 光 線, 因 此 相 較 於 低 色 溫 的 光 源 更 能 抑 制 我 們 睡 意 的 增 加 (Katsuura et al., 2005) 另 外, 研 究 也 發 現 睡 前 光 照 的 效 果 可 能 會 干 擾 後 續 的 睡 眠, 包 括 增 長 入 睡 時 間 以 及 減 少 深 睡 然 而 過 去 光 照 研 究 所 使 用 的 光 源 種 類 光 照 強 度 或 是 參 與 者 光 照 時 所 從 事 的 活 動 與 日 常 生 活 的 狀 況 有 很 的 差 異, 所 以 目 前 還 不 確 定 這 些 研 究 的 結 果 是 否 可 以 類 推 至 現 實 生 活 中 故 本 實 驗 針 對 過 去 研 究 在 外 在 效 度 上 的 缺 點 進 行 調 整, 並 使 用 市 面 上 可 購 得 的 燈 具, 使 實 驗 情 境 更 貼 近 日 常 生 活, 同 時 將 實 驗 結 果 與 弱 光 (dim light, 亮 度 10 勒 克 斯 以 下 ) 進 行 比 較, 了 解 現 代 化 夜 間 日 常 的 光 源, 是 否 會 影 響 人 們 在 睡 前 的 嗜 睡 程 度 以 及 後 續 的 睡 眠 12

13 第 二 章 文 獻 探 討 第 一 節 光 照 對 晝 夜 節 律 的 影 響 人 體 許 多 的 生 理 反 應 都 有 所 謂 的 晝 夜 節 律, 包 括 核 心 體 溫 褪 黑 激 素 的 分 泌 以 及 睡 眠 的 時 間, 這 些 反 應 的 變 化 都 相 當 有 規 則 並 以 一 天 為 單 位, 不 斷 地 循 環 研 究 發 現 上 述 的 生 理 反 應 彼 此 間 有 相 關 (Cagnacc, Elliott, & Yen, 1992): 當 我 們 接 近 睡 眠 時 間 時, 核 心 體 溫 會 開 始 下 降 而 褪 黑 激 素 則 開 始 分 泌 ; 接 近 起 床 時 間 時, 核 心 體 溫 上 升 而 褪 黑 激 素 則 停 止 分 泌 生 理 的 研 究 則 發 現 這 些 晝 夜 節 律 主 要 是 由 下 視 丘 的 視 交 叉 上 核 (suprachiasmatic nuclei) 所 控 制 ( 詳 見 第 三 節 ) 光 線 對 人 體 的 非 影 像 功 能 中, 其 中 一 種 便 是 透 過 視 交 叉 上 核 去 調 整 晝 夜 節 律 Czeisler 等 人 (1986) 的 研 究 中, 讓 參 與 者 在 晚 上 照 光 4 小 時, 連 續 一 星 期 後, 發 現 他 們 的 晝 夜 節 律 往 後 位 移 了 6 小 時 後 續 也 有 許 多 相 關 的 研 究 探 討 這 方 面 的 議 題, 同 時 研 究 結 果 也 已 經 應 用 於 晝 夜 節 律 性 疾 患 的 療 上, 幫 助 患 者 調 整 睡 眠 的 時 間, 以 配 合 其 日 常 生 活 的 作 息 (Chesson et al., 1999) 整 體 而 言, 以 光 照 調 整 晝 夜 節 律, 會 受 到 下 列 幾 個 因 素 的 影 響 :(1) 光 線 強 度 : 早 期 的 光 照 實 驗 多 以 強 光 (bright light) 進 行 研 究, 並 認 為 數 千 勒 克 斯 的 光 照 才 能 對 晝 夜 節 律 產 生 影 響, 目 前 僅 有 極 少 數 的 研 究 去 系 統 性 的 探 討 光 線 強 度 與 晝 夜 節 律 調 整 間 的 關 係,Zeitzer, Dijk, Kronauer, Brown 和 Czeisler(2000) 的 研 究 便 是 其 中 一 個, 該 研 究 以 參 與 者 體 內 褪 黑 激 素 的 濃 度 作 為 晝 夜 節 律 的 指 標, 讓 參 與 者 接 受 6.5 小 時 不 同 強 度 的 光 照 後, 觀 察 其 晝 夜 節 律 的 位 移, 並 計 算 這 兩 個 變 項 的 回 歸 方 程 式 曲 線, 結 果 如 圖

14 圖 2-1. 光 線 強 度 與 節 律 位 移 的 關 係 ( 轉 載 自 Zeitzer et al., 2000) 圖 中 橫 軸 為 光 線 強 度, 縱 軸 為 褪 黑 激 素 分 泌 時 間 點 的 改 變, 負 值 表 示 光 照 後 褪 黑 激 素 分 泌 的 時 間 點 或 整 個 晝 夜 節 律 是 往 後 位 移 的 由 此 可 看 出 光 線 強 度 越 高, 對 節 律 影 響 的 效 果 也 越, 而 且 100 勒 克 斯 的 光 照 即 可 產 生 最 效 果 的 一 半 另 一 個 系 統 性 的 研 究 是 Boivin, Duffy, Kronauer 和 Czeisler(1996) 的 實 驗, 該 研 究 使 用 及 9500 勒 克 斯 四 種 不 同 強 度 的 燈 源, 在 參 與 者 接 受 5 小 時 光 照 的 前 後 及 期 間, 同 時 測 量 其 核 心 體 溫 結 果 同 樣 發 現 光 線 強 度 越 高, 對 節 律 影 響 的 效 果 也 越, 而 且 180 勒 克 斯 以 上 的 亮 度 就 能 影 響 晝 夜 節 律, 因 此 數 百 勒 克 斯 的 室 內 燈 強 度 光 源 也 有 可 能 影 響 晝 夜 節 律 (2) 光 照 時 間 點 : 不 同 的 時 間 點 照 光, 對 於 晝 夜 節 律 的 影 響 效 果 不 同, 而 且 方 向 可 能 是 相 反 的 Khalsa, Jewett, Cajochen 和 Czeisler(2003) 的 研 究 中, 讓 參 與 者 在 沒 有 時 間 線 索 的 環 境 下, 維 持 規 律 的 睡 眠 三 天, 之 後 以 兩 小 時 的 間 隔 將 24 小 時 區 分 為 12 個 時 間 點, 並 在 不 同 的 時 間 點 對 參 與 進 行 亮 度 5000 勒 克 斯 以 上 的 光 照 該 研 究 也 同 時 對 核 心 體 溫 和 褪 黑 激 素 進 行 測 量, 並 將 光 照 前 褪 黑 激 素 變 化 的 時 間 點 減 去 光 照 後 的 時 間 點, 做 為 晝 夜 節 律 位 移 的 指 標, 結 果 繪 製 成 相 位 反 應 曲 線 (phase response curves, PRC), 如 圖

15 圖 2-2. 不 同 光 照 時 間 點 對 晝 夜 節 律 的 影 響 ( 轉 載 自 Khalsa et al., 2003) 圖 中 橫 軸 0 的 位 置 為 核 心 體 溫 最 低 點 (minimum core body temperature), 縱 軸 為 光 照 前 減 光 照 後 的 褪 黑 激 素 分 泌 時 間, 所 以 負 值 表 示 褪 黑 激 素 分 泌 的 時 間 變 晚, 意 即 晝 夜 節 律 往 後 延 遲 ; 正 值 則 表 示 褪 黑 激 素 提 早 被 分 泌, 所 以 晝 夜 節 律 是 提 前 的 可 以 發 現 在 核 心 體 溫 最 低 點 前 照 光, 晝 夜 節 律 會 往 後 延 遲 ; 但 在 此 時 間 點 後 照 光 則 會 使 節 律 往 前 移, 且 在 不 同 的 時 間 點 照 光, 效 果 的 小 也 不 一 樣 前 述 Zeitzer 等 人 (2000) 及 Boivin 等 人 (1996) 的 系 統 性 研 究 也 有 看 到 此 時 間 點 的 效 果 Zeitzer 等 人 (2000) 的 研 究 讓 參 與 者 在 核 心 體 溫 最 低 點 的 前 6.75 小 時 開 始 照 光 6.5 小 時, 結 果 參 與 者 的 晝 夜 節 律 是 往 後 位 移 的 ; 反 之,Boivin 等 人 (1996) 的 實 驗 讓 參 與 者 在 核 心 體 溫 最 低 點 之 後 的 1.5 小 時 開 始 照 光 5 個 小 時, 參 與 者 的 晝 夜 節 律 則 出 現 往 前 位 移 的 效 果 (3) 光 線 波 長 : 不 同 波 長 的 光 線 會 呈 現 不 同 的 顏 色 在 光 譜 中, 人 類 可 見 光 的 波 長 範 圍 在 400nm 至 750nm 之 間, 而 光 線 在 此 範 圍 對 應 的 顏 色 致 為 紅 黃 綠 藍 和 紫 色 我 們 所 接 觸 的 陽 光 和 室 內 日 光 燈 都 是 屬 於 綜 合 白 光, 即 包 含 各 種 波 長 的 光 線 在 其 中 早 期 光 照 影 響 晝 夜 節 律 的 相 關 文 獻 也 是 使 用 白 光, 後 續 的 研 究 則 發 現 光 線 中 的 短 波 長 藍 光 比 較 能 對 晝 夜 節 律 15

16 產 生 影 響 (Yoshimura, & Ebihara, 1996; Brainard et al., 2001; Thapan, Arendt, & Skene, 2001; Berson, Dunn, & Takao, 2002; Lockley, Brainard, & Czeisler, 2003; Cajochen et al., 2005) Yoshimura 和 Ebihara(1996) 的 研 究 中 發 現 短 波 長 的 藍 光, 對 於 老 鼠 晝 夜 節 律 調 整 的 效 果 最 此 外,Brainard 等 人 (2001) 的 研 究, 讓 睡 眠 規 律 的 參 與 者 在 半 夜 兩 點 時, 開 始 接 受 nm 的 不 同 波 長 單 色 光 90 分 鐘, 並 在 光 照 前 後 抽 血 測 量 褪 黑 激 素 的 濃 度 雖 然 此 研 究 沒 有 針 對 晝 夜 節 律 進 行 測 量, 但 分 析 結 果 發 現 nm 左 右 的 藍 光 最 能 抑 制 人 體 褪 黑 激 素 的 分 泌 進 一 步 的 研 究 則 發 現 哺 乳 類 動 物 的 視 網 膜 上 存 在 黑 視 蛋 白 (melanopsin), 為 一 種 特 殊 的 視 蛋 白 光 線 作 用 於 含 有 黑 視 蛋 白 的 神 經 節 細 胞 後, 會 進 一 步 去 調 整 晝 夜 節 律 (Berson, Dunn, & Takao, 2002), 且 黑 視 蛋 白 對 於 460nm 波 長 的 光 較 為 敏 感 後 續 的 研 究 比 較 了 460nm 和 550nm 的 單 色 光, 結 果 發 現 前 者 除 了 較 能 抑 制 褪 黑 激 素 的 分 泌 與 核 心 體 溫 的 下 降 外, 還 能 調 整 晝 夜 節 律 (Lockley, Brainard, & Czeisler, 2003; Cajochen et al., 2005) 第 二 節 光 照 對 警 覺 程 度 的 影 響 光 線 對 人 體 所 產 生 的 非 影 像 功 能 中, 除 了 調 整 晝 夜 節 律 外, 還 有 另 一 種 重 要 的 功 能, 是 影 響 警 覺 或 嗜 睡 程 度 而 且 相 對 於 晝 夜 節 律 的 調 整, 光 線 透 過 眼 睛 改 變 警 覺 程 度 的 速 度 相 當 快, 我 們 照 光 數 分 鐘 至 數 小 時 後, 即 可 馬 上 提 升 警 覺 程 度 (Cajochen et al., 2005) 過 去 的 二 十 年 以 來, 多 數 的 光 照 研 究 都 在 探 討 晝 夜 節 律 受 光 線 的 影 響, 在 1995 年 之 前, 只 有 少 數 光 線 對 於 警 覺 程 度 的 研 究, 而 近 十 年 多 來 才 有 較 多 的 相 關 研 究 出 現 (Cajochen et al., 2005) 整 體 而 言, 在 適 當 的 條 件 下 接 受 光 照, 可 以 增 加 警 覺 程 度 或 是 影 響 與 警 覺 有 關 的 生 理 指 標, 包 括 降 低 主 觀 嗜 睡 程 度 16

17 (Yokoi, Aoki, Shiomura, Iwanaga, & Katsuura, 2003; Cajochen, Zeitzer, Czeisler, & Dijk, 2000; Revell, Arendt, Fogg, & Skene, 2006; Cajochen et al., 2005) 降 低 張 眼 Alpha 波 的 頻 譜 功 率 (Yokoi et al., 2003; Cajochen, Krauchi, Danilenko, & Wirz- Justice, 1998; Cajochen et al, 2000) 增 加 閉 眼 Alpha 波 頻 譜 功 率 (Daurat, Foret, Touitou, & Benoit, 1996; Ruger, Gordijn, de Vries, & Beersma, 2006) 降 低 Theta 波 或 Delta 波 的 頻 譜 功 率 (Lockley et al., 2006; Yokoi et al., 2003; Ruger et al., 2006; Cajochen et al., 2000) 並 增 加 心 跳 速 率 (Cajochen et al., 2005; Ruger et al., 2005) 許 多 研 究 者 認 為 光 照 影 響 警 覺 與 晝 夜 節 律 具 有 某 種 程 度 上 的 共 通 機 制 ( 詳 見 第 三 節 ), 因 此 有 些 光 照 影 響 警 覺 的 實 驗 會 對 褪 黑 激 素 濃 度 及 核 心 體 溫 做 測 量 除 了 上 述 這 兩 個 變 項 的 測 量 外, 這 些 研 究 幾 乎 都 會 選 擇 主 觀 評 估 和 腦 波 頻 譜 功 率 做 為 警 覺 程 度 的 指 標, 也 有 少 數 實 驗 會 對 心 跳 速 率 進 行 測 量 事 實 上, 警 覺 程 度 包 含 了 許 多 的 向 度, 雖 然 這 些 測 量 間 彼 此 可 能 是 有 相 關 的, 但 不 同 的 變 項 可 能 測 量 到 不 同 向 度 的 警 覺, 而 其 背 後 所 涉 及 的 機 制 也 不 完 全 相 同 例 如 腦 波 的 頻 譜 功 率 是 直 接 對 中 樞 神 經 系 統 (central nervous system) 的 腦 活 動 做 測 量, 當 我 們 處 於 不 同 程 度 的 警 覺 狀 態 時, 腦 部 細 胞 活 動 所 放 出 的 電 位 會 有 所 不 同 心 跳 速 率 則 主 要 由 自 律 神 經 系 統 (automatic nervous system) 所 控 制 當 我 們 處 於 生 理 激 發 較 高 的 狀 態 時, 交 感 神 經 (sympathetic nerve) 作 用 較 強, 會 加 快 心 跳 速 率 ; 處 於 平 靜 的 狀 態 時, 副 交 感 神 經 (parasympathetic nerve) 的 作 用 較 為 活 躍, 則 降 低 心 跳 速 率 在 警 覺 程 度 的 主 觀 評 估 中, 參 與 者 必 須 對 自 己 當 下 的 警 覺 程 度 做 一 判 斷, 因 此 其 相 對 於 腦 波 和 心 跳 速 率 的 測 量, 或 許 最 的 差 異 在 於 認 知 評 估 的 歷 程 接 下 來 由 於 腦 波 在 原 理 及 解 釋 上 較 為 複 雜, 因 此 將 先 說 明 腦 波 與 警 覺 的 關 係, 再 討 論 影 響 光 照 提 升 警 覺 的 幾 個 重 要 因 素 相 對 於 主 觀 嗜 睡 的 測 量, 清 醒 時 的 腦 波 被 視 為 嗜 睡 程 度 的 一 種 客 觀 指 標 (Lafrance & Dumont, 2000) 腦 波 的 變 化 同 時 也 是 判 斷 睡 眠 階 段 的 重 要 準 則 之 一 當 我 們 清 醒 張 開 眼 睛 時, 腦 波 通 常 是 以 高 頻 的 Beta 波 (13Hz 以 上 ) 為 主, 放 17

18 鬆 或 閉 上 眼 睛 時,Alpha 波 (8-13Hz) 則 會 增 加 ; 在 入 睡 的 過 程 中,Alpha 波 少 於 一 半 且 逐 漸 被 Theta 波 (4-8Hz) 取 代 後, 便 正 式 進 入 睡 眠 的 第 一 階 段 ; 隨 著 睡 眠 逐 漸 加 深, 腦 波 紀 錄 中 會 出 現 頻 率 更 低 的 Delta 波 (4Hz 以 下 ), 當 2Hz 以 下 且 振 幅 達 75uv 的 腦 波 達 到 整 頁 紀 錄 的 百 分 之 二 十, 便 進 入 睡 眠 的 第 三 階 段, 達 整 頁 記 錄 百 分 之 五 十, 則 為 睡 眠 第 四 階 段 (Rechtschaffen & Kales, 1968) 由 上 述 的 現 象 我 們 似 乎 可 以 發 現, 睡 醒 兩 端 的 變 化 隱 約 也 是 腦 波 低 頻 與 高 頻 兩 端 的 變 化 隨 著 傅 力 葉 轉 換 (Fourier Transform) 的 技 術 普 遍 被 應 用, 研 究 人 員 得 以 分 析 某 一 時 間 內 不 同 頻 率 腦 波 的 活 動, 許 多 研 究 開 始 分 析 特 定 情 境 下 各 頻 率 腦 波 的 頻 譜 功 率 密 度 (power spectrum density) Cajochen, Brunner, Krauchi, Graw 和 Wirz- Justice(1995) 的 研 究 中, 讓 參 與 者 維 持 40 小 時 的 清 醒, 並 在 四 個 不 同 的 時 間 點 分 析 腦 波 的 頻 譜 功 率, 結 果 發 現 隨 著 清 醒 時 間 的 增 加, 嗜 睡 程 度 越 高 而 Theta 和 Alpha 波 的 頻 譜 功 率 也 會 顯 著 地 增 加 其 它 類 似 的 研 究 也 有 相 同 的 結 果 (Akerstedt & Gillberg, 1990; Corsi-Cabrera et al., 1996) 另 外 有 研 究 發 現 在 睡 眠 剝 奪 後, 除 了 Theta 和 Alpha 波 的 頻 譜 功 率 增 加 外, 清 醒 時 Delta 波 的 活 動 也 有 增 加 的 趨 勢 (Torsvall & Akerstedt, 1987; Aeschbach et al., 1997) 此 外,Lafrance 和 Dumont (2000) 的 研 究 中 也 發 現 Theta 波 的 頻 譜 功 率 與 主 觀 嗜 睡 有 顯 著 的 正 相 關 值 得 注 意 的 是, 在 探 討 腦 波 頻 譜 功 率 的 研 究 時, 必 須 考 慮 一 個 極 為 重 要 的 變 項 : 張 眼 與 閉 眼 上 述 的 研 究 都 是 在 參 與 者 張 眼 的 狀 態 下 進 行 測 量, 結 果 也 一 致 地 發 現 主 觀 上 越 嗜 睡 時,Alpha 波 的 活 動 便 越 高, 但 少 數 在 閉 眼 時 進 行 測 量 的 研 究 卻 發 現, 參 與 者 在 睡 眠 剝 奪 後 Alpha 波 的 頻 譜 功 率 反 而 是 下 降 的 (Naitoh, Pasnau, & Kollar, 1971) Marzano 等 人 (2007) 的 研 究 中 對 參 與 者 進 行 40 小 時 的 睡 眠 剝 奪, 同 時 測 量 主 觀 嗜 睡 慢 速 眼 動 張 眼 及 閉 眼 的 腦 波, 結 果 如 圖

19 圖 2-3. 眼 睛 張 閉 狀 態 與 腦 波 測 量 的 關 係 ( 轉 載 自 Marzano et al, 2007)(E.C: 閉 眼 測 量 ; E.O: 張 眼 測 量 ) 圖 中 以 慢 速 眼 動 (slow eye moment) 做 為 嗜 睡 程 度 的 相 關 指 標 該 研 究 將 每 位 參 與 者 各 變 項 與 慢 速 眼 動 的 相 關 係 數 都 描 繪 在 上 圖, 縱 軸 表 示 相 關 的 小 及 方 向 可 以 發 現 慢 速 眼 動 與 主 觀 嗜 睡 的 分 數 呈 正 相 關 腦 波 的 部 分, 不 論 張 眼 或 閉 眼,Delta 和 Theta 波 也 與 慢 速 眼 動 呈 正 相 關, 但 Alpha 波 的 部 分 則 會 因 眼 睛 的 張 閉 狀 態 而 有 所 不 同 張 眼 測 量 時, 多 數 人 的 Alpha 波 頻 譜 功 率 與 慢 速 眼 動 呈 正 相 關 ; 閉 眼 測 量 則 發 現 有 較 多 的 負 相 關 綜 合 上 述 結 果, 當 我 們 警 覺 程 度 降 低 或 嗜 睡 程 度 增 加 時, 低 頻 腦 波 的 活 動 會 增 加, 但 必 須 考 慮 眼 睛 的 張 閉 狀 態 張 眼 時 的 腦 波 主 要 背 景 是 Beta 波, 因 此 嗜 睡 程 度 增 加 時, 相 對 低 頻 的 Alpha Theta 或 Delta 波 的 頻 譜 功 率 便 會 增 加 ; 相 反 地, 閉 眼 時 Alpha 波 為 主 要 背 景 波, 當 嗜 睡 程 度 增 加 時, 相 對 低 頻 的 Theta 或 Delta 波 頻 譜 功 率 增 加, 而 Alpha 波 的 活 動 則 會 降 低 有 些 研 究 就 是 利 用 這 種 張 閉 眼 時 腦 波 的 變 化, 計 算 Alpha 衰 減 係 數 (Alpha Attenuation Coefficience, AAC) 來 測 量 主 觀 的 嗜 睡 程 度 將 參 與 者 閉 眼 時 的 Alpha 波 頻 譜 功 率 除 以 張 眼 時 的 數 19

20 值, 即 可 得 AAC 當 嗜 睡 程 度 較 高 時, 分 子 的 數 值 變 小 而 分 母 變,AAC 數 值 便 下 降 (Stampi, Stone, & Michimori, 1995) 在 光 照 的 研 究 方 面, 有 兩 種 常 見 的 分 析 方 法, 第 一 種 是 把 光 照 後 各 腦 波 的 頻 譜 功 率 除 以 光 照 前 的 數 值, 並 將 上 述 百 分 比 進 行 對 數 轉 換 後 (log ratios) 再 進 行 分 析 ; 第 二 種 方 法 是 計 算 同 一 時 間 點, 某 段 頻 率 腦 波 的 頻 譜 功 率 佔 全 部 腦 波 頻 譜 功 率 的 百 分 比 這 些 研 究 的 結 果 也 隨 著 張 眼 或 閉 眼 而 不 同 光 照 期 間 或 光 照 後 張 眼 測 量 腦 波 時, 可 發 現 Alpha Theta 或 Delta 波 的 活 動 減 少 (Yokoi et al., 2003; Cajochen et al., 1998; Cajochen et al, 2000; Lockley et al., 2006; Yokoi et al., 2003; Cajochen et al., 2000); 但 閉 眼 測 量 時 則 發 現 光 照 會 增 加 Alpha 波 的 活 動 (Daurat, Foret, Touitou, & Benoit, 1996; Ruger et al., 2006) 這 些 結 果 均 一 致 指 出 光 照 可 以 影 響 腦 波 的 頻 譜 功 率, 而 且 張 眼 或 閉 眼 所 得 到 的 不 同 實 驗 結 果, 也 與 上 述 睡 眠 剝 奪 的 研 究 一 致 值 得 注 意 的 是 Beta 波 的 部 分, 前 述 研 究 幾 乎 都 沒 有 發 現 光 照 會 對 Beta 波 的 頻 譜 功 率 造 成 影 響, 因 此 相 對 於 Alpha Theta 及 Delta 波,Beta 波 可 能 不 單 只 是 反 應 清 醒 的 程 度, 而 具 有 其 它 的 意 義 例 如,Ray 和 Cole(1985) 的 實 驗 發 現 當 我 們 在 進 行 認 知 作 業 或 處 理 情 緒 上 的 素 材 時,Beta 波 會 變 得 較 為 活 躍 也 有 研 究 發 現 生 理 激 發 程 度 較 高 的 人, 例 如 失 眠 的 患 者, 與 一 般 正 常 人 相 比, 除 了 心 跳 速 率 較 快 之 外, 其 Beta 波 的 頻 譜 功 率 也 顯 著 較 高 (Bonnet & Arand, 1997) 因 此,Beta 波 的 頻 譜 功 率 較 高, 可 能 不 單 表 示 我 們 處 於 清 醒 的 狀 態, 某 個 程 度 也 代 表 我 們 的 腦 進 行 了 較 多 的 思 考 歷 程 或 是 處 於 較 高 的 激 發 狀 態 此 外, 光 線 提 升 警 覺 程 度 的 效 果, 會 受 到 一 些 因 素 的 調 節 分 述 如 下 : ( 一 ) 光 線 強 度 對 警 覺 的 影 響 : Lewy, Wehr, Goodwin, Newsome 和 Markey(1980) 發 現 至 少 1000 勒 克 斯 以 上 的 光 照 才 可 以 抑 制 體 內 褪 黑 激 素 的 分 泌, 故 早 期 的 研 究 多 使 用 1000 勒 克 斯 以 上 的 強 光, 來 增 加 參 與 者 的 警 覺 程 度 為 了 瞭 解 光 照 強 度 和 警 覺 程 度 的 關 係, Cajochen 等 人 (2000) 的 研 究 使 用 勒 克 斯 的 不 同 強 度 光 源, 並 讓 參 與 者 隨 20

21 機 暴 露 於 不 同 亮 度 的 光 照 6.5 小 時 後 測 量 其 反 應 該 研 究 以 和 3190 勒 克 斯 的 光 照 分 別 代 表 低 中 及 高 亮 度, 結 果 發 現 經 過 230 或 3190 勒 克 斯 的 光 照, 參 與 者 的 警 覺 程 度 皆 較 23 勒 克 斯 的 光 照 來 的 高 ; 且 230 和 3190 勒 克 斯 光 照 後 的 警 覺 程 度, 包 括 主 觀 評 估 和 腦 波 的 頻 譜 功 率 都 沒 有 顯 著 差 異 此 結 果 顯 示 一 般 室 內 燈 的 強 度 即 可 顯 著 增 加 我 們 的 警 覺 程 度, 且 在 長 時 間 暴 露 後,3190 勒 克 斯 強 光 的 效 果 並 沒 有 比 230 勒 克 斯 來 的 好 此 研 究 同 時 將 勒 克 斯 的 不 同 亮 度 做 為 預 測 變 項, 各 種 警 覺 指 標 做 為 效 標 變 項, 計 算 其 回 歸 方 程 式 曲 線, 結 果 如 圖 2-4 圖 2-4. 光 線 強 度 與 警 覺 的 關 係 ( 轉 載 自 Cajochen et al., 2000) 圖 2-4 的 橫 軸 皆 為 光 照 強 度, 縱 軸 分 別 以 主 觀 警 覺 量 表 分 數 慢 速 眼 動 及 5-9Hz 腦 波 的 頻 譜 功 率 來 表 示 警 覺 程 度 及 相 關 的 生 理 指 標 由 此 圖 可 看 出 亮 度 超 過 1000 勒 克 斯 之 後, 即 使 增 加 光 照 強 度, 警 覺 程 度 也 無 太 的 變 化 亮 度 越 強 引 發 越 警 覺 的 關 係, 主 要 是 在 1000 勒 克 斯 以 內 的 強 度, 而 且 只 需 100 勒 克 斯 的 強 度, 便 能 引 發 最 值 一 半 的 警 覺 程 度 因 此 該 研 究 的 結 果 提 示 我 們 夜 間 所 接 觸 的 光 照 是 有 可 能 提 升 警 覺 程 度 而 干 擾 睡 眠 的 21

22 ( 二 ) 光 照 持 續 時 間 對 警 覺 的 影 響 雖 然 有 研 究 者 認 為 光 照 對 警 覺 的 影 響 是 相 當 快 速 的, 但 確 切 的 時 間 沒 有 一 致 的 共 識 類 似 研 究 的 光 照 時 間 短 至 22 分 鐘 (Noguchi & Sakaguchi, 1999), 長 至 7.5 小 時 (Yokoi, Aoki, Shiomura, Iwanaga, & Katsuura, 2003), 有 相 當 的 變 異 性 而 且 多 數 的 研 究 僅 在 光 照 前 與 光 照 後 各 測 量 一 次, 而 不 是 以 固 定 的 時 間 間 隔 重 複 測 量 依 變 項, 所 以 無 法 得 知 出 現 效 果 的 時 間 點 目 前 比 較 可 以 確 定 的 是, 光 照 對 於 各 個 警 覺 相 關 變 項 的 影 響, 可 能 需 要 不 同 的 時 間 例 如 Cajochen 等 人 (2005) 的 研 究 中, 在 光 照 期 間 的 每 30 分 鐘 重 複 對 依 變 項 進 行 測 量, 結 果 主 觀 嗜 睡 程 度 在 光 照 30 分 鐘 後 達 顯 著 褪 黑 激 素 濃 度 和 核 心 體 溫 在 60 分 鐘 後 顯 著, 但 心 跳 速 率 則 在 90 分 鐘 後 才 出 現 差 異 因 此 不 同 變 項 受 光 照 的 影 響, 似 乎 有 不 同 的 敏 感 度, 有 些 變 項 在 照 光 後 會 立 刻 發 生 變 化, 有 些 則 需 要 較 長 的 時 間 ( 三 ) 光 照 時 間 點 對 警 覺 的 影 響 過 去 多 數 的 研 究 都 選 擇 讓 參 與 者 在 夜 間 接 受 光 照, 僅 少 數 研 究 比 較 了 日 間 和 夜 間 的 光 照 效 果 此 現 象 主 要 有 兩 個 原 因, 其 一 是 我 們 的 警 覺 程 度 在 日 間 較 高, 到 夜 晚 才 有 下 降 的 趨 勢, 為 了 避 免 天 花 板 效 應, 所 以 許 多 研 究 選 擇 在 晚 上 測 試 光 照 的 警 覺 效 果 另 一 個 原 因 是 許 多 研 究 者 認 為 光 照 是 透 過 褪 黑 激 素 的 抑 制 來 增 加 我 們 的 警 覺, 但 我 們 體 內 褪 黑 激 素 的 濃 度 在 白 天 時 非 常 低, 因 此 不 會 選 擇 日 間 進 行 研 究 (Cajochen, 2007) Phipps-Nelson, Redman, Dijk 和 Rajaratnam(2003) 的 研 究 中 讓 參 與 者 在 日 間 接 受 光 照, 雖 然 參 與 者 在 此 實 驗 中 主 觀 嗜 睡 程 度 降 低 了, 但 核 心 體 溫 的 變 化 卻 無 顯 著 的 差 異 Ruger 等 人 (2005) 進 一 步 比 較 了 夜 間 和 日 間 光 照 的 效 果, 結 果 發 現 夜 間 照 光 後 能 增 加 心 跳 速 率 並 抑 制 核 心 體 溫 的 下 降, 但 日 間 照 光 卻 無 上 述 效 果, 且 進 一 步 的 交 互 作 用 顯 著, 顯 示 夜 間 照 光 相 對 於 日 間 照 光, 更 能 增 加 心 跳 速 率 以 及 抑 制 核 心 體 溫 的 下 降 主 觀 嗜 睡 程 度 方 面, 不 論 日 間 或 夜 間 照 光, 皆 能 減 少 參 與 者 的 睡 意, 且 這 兩 個 時 間 點 的 光 照 效 果 並 無 顯 著 差 22

23 異 綜 合 上 述 結 果, 可 發 現 生 理 指 標 如 心 跳 速 率 和 核 心 體 溫, 在 光 照 後 的 變 化 的 確 有 時 間 點 上 的 效 果, 即 夜 間 照 光 的 效 果 較 ; 相 對 的, 嗜 睡 和 疲 倦 等 主 觀 上 的 評 估 則 沒 有 時 間 點 的 效 果, 不 論 夜 間 或 日 間 照 光, 皆 能 增 加 警 覺 程 度 這 種 主 客 觀 彼 此 不 一 致 的 結 果,Ruger 等 人 (2005) 認 為 是 主 觀 評 估 在 腦 內 涉 及 的 機 制 較 為 複 雜 所 導 致, 但 並 沒 有 對 此 假 設 提 出 進 一 步 的 說 明 ( 四 ) 光 線 波 長 與 色 溫 點 對 警 覺 的 影 響 : 如 同 光 線 調 整 晝 夜 節 律 一 樣, 研 究 發 現 短 波 長 的 光 線 較 能 提 升 我 們 的 警 覺 程 度, 特 別 是 420nm 至 480nm 的 光 線 Cajochen 等 人 (2005) 的 研 究 中 比 較 了 460nm 550nm 和 弱 光 中 參 與 者 的 警 覺 程 度, 發 現 經 過 兩 小 時 的 光 照 後,460nm 情 境 較 後 兩 者 更 能 抑 制 褪 黑 激 素 的 分 泌 和 核 心 體 溫 的 下 降, 同 時 也 能 增 加 參 與 者 的 心 跳 速 率, 並 降 低 主 觀 的 嗜 睡 程 度 Lockley 等 人 (2006) 的 研 究 中 同 樣 比 較 了 460nm 和 555nm 的 光 照 效 果 參 與 者 經 過 6.5 小 時 460nm 的 光 照 後, 除 了 主 觀 嗜 睡 程 度 較 低 外, 腦 波 的 反 應 也 顯 示 警 覺 程 度 較 高, 包 括 閉 眼 測 量 的 高 頻 Alpha 波 (9-12Hz) 頻 譜 功 率 較 高 而 Delta 波 (0.5-5Hz) 頻 譜 功 率 較 低 Revell,Arendt, Fogg 和 Skene(2006) 以 不 同 波 長 的 單 色 光 進 行 研 究, 參 與 者 經 過 4 小 時 420nm 或 470nm 的 光 照 後, 前 者 的 主 觀 嗜 睡 程 度 變 得 較 低, 同 樣 的 結 果 也 出 現 在 470nm 和 600nm 的 比 較 中, 上 述 研 究 一 致 顯 示 短 波 長 的 光 線 的 確 較 能 增 加 我 們 的 警 覺 程 度 與 光 線 波 長 有 關, 另 一 個 影 響 光 照 效 果 的 變 項 是 光 源 的 色 溫 物 理 中 提 出 黑 體 (Black Body) 一 詞, 它 能 吸 收 所 有 外 來 的 電 磁 波, 並 且 不 會 有 任 何 的 反 射 與 透 射, 但 黑 體 本 身 也 會 發 散 出 電 磁 波 將 黑 體 逐 漸 加 熱 至 數 千 度 的 絕 對 溫 度 後, 黑 體 將 發 散 出 可 見 光 波 長 的 電 磁 波, 而 依 序 呈 現 紅 黃 白 藍 的 變 化, 溫 度 越 高 時 散 發 越 多 短 波 長 的 光 線 雖 然 一 般 的 燈 具 並 非 將 黑 體 加 熱 至 如 此 高 的 溫 度 來 進 行 照 明, 但 在 光 的 領 域 中, 色 溫 常 被 用 來 描 述 光 線 的 顏 色 色 溫 越 高 的 光 源, 短 波 長 光 線 的 相 對 含 量 越 高, 顏 色 較 偏 藍 23

24 在 日 本 有 許 多 研 究 比 較 了 不 同 色 溫 的 光 照 對 生 理 反 應 或 睡 眠 的 影 響 這 些 研 究 多 使 用 3000K 5000K 和 6500K 左 右 的 光 源 其 中 3000K 的 短 波 長 光 線 較 少, 顏 色 偏 黃 ;5000K 光 源 各 波 長 含 量 較 均 勻, 同 常 見 室 內 燈 具 的 白 光 ; 而 6500K 左 右 的 光 源 短 波 長 光 線 較 多, 顏 色 偏 藍 這 些 研 究 致 與 綜 合 白 光 ( 強 光 對 照 無 光 線 ) 或 單 色 光 (460nm 對 照 550nm 光 線 ) 的 結 果 一 致 高 色 溫 的 光 源 由 於 短 波 長 光 線 的 相 對 含 量 較 多, 除 了 較 能 抑 制 夜 間 褪 黑 激 素 的 分 泌 (Morita & Tokura, 1996; Sato, Sakaguchi, & Morita, 2005; Kozaki, Koga, Toda, Noguchi, & Yasukouchi, 2008) 和 核 心 體 溫 的 下 降 (Morita & Tokura, 1996; Yasukouchi, Yasukouchi, & Ishibashi, 2000; Sakaguchi & Morita, 2005), 而 且 照 射 此 光 源 後 也 能 降 低 主 觀 嗜 睡 的 分 數 (Katsuura et al., 2005) 在 腦 波 方 面, 將 Alpha 波 的 頻 譜 功 率 除 以 Alpha 波 加 Belta 波 的 值 (Alpha band ratio), 以 該 比 值 進 行 分 析, 結 果 發 現 高 色 溫 光 源 較 能 降 低 Alpha 波 的 活 動, 進 而 增 加 警 覺 程 度 例 如 Iwakiri, Yasukouchi 和 Murata(1999) 的 研 究 中, 經 過 28 分 鐘 3000K 5000K 或 6500K 的 光 照 後, 後 兩 者 Alpha 波 的 活 動 顯 著 較 前 者 低 Katsuura, Jin, Baba, Shimomura 和 Iwanaga(2005) 以 3000K 5000K 和 7000K 的 光 源 進 行 研 究, 發 現 1 小 時 3000K 的 光 照 前 後,Alpha 波 的 活 動 有 增 加 的 趨 勢, 但 另 外 兩 種 光 源 則 無 此 現 象 比 較 可 惜 的 是, 上 述 兩 研 究 均 無 明 確 地 說 明 測 量 腦 波 程 序 的 細 節, 以 及 參 與 者 眼 睛 的 張 閉 狀 態 最 後, 與 Cajochen 等 人 (2005) 單 色 光 研 究 不 同 的 是, 經 過 高 色 溫 光 源 的 光 照 後, 心 跳 速 率 並 沒 有 顯 著 地 增 加 (Mukae & Sato, 1992) Ishibashi, Kitamura, Kozaki 和 Yasukouchi (2007) 的 研 究 中 同 樣 發 現 在 不 同 色 溫 的 光 照 後 心 跳 速 率 沒 有 顯 著 差 異, 但 入 睡 三 小 時 後 高 色 溫 組 的 心 跳 速 率 卻 顯 著 高 於 低 色 溫 組 最 後, 色 溫 的 光 照 研 究 也 有 對 心 跳 變 異 率 (heart rate variability, HRV) 進 行 分 析 由 心 跳 變 異 率 可 以 分 析 自 律 神 經 系 統 中, 交 感 與 副 交 感 神 經 的 活 動 強 度 研 究 發 現 高 色 溫 光 源 可 以 提 升 交 感 神 經 的 活 動 進 而 增 加 生 理 上 的 激 發, 但 此 結 果 僅 限 於 6700K 和 3000K 的 比 較, 以 5000K 和 3000K 兩 種 色 溫 進 行 比 較 時, 即 無 上 述 之 效 果 24

25 (Noguchi & Sakaguchi, 1999; Mukae & Sato, 1992; Ishibashi, Kitamura, Kozaki, & Yasukouchi, 2007) 在 此 稍 為 對 本 節 的 文 獻 探 討 做 一 總 結 光 線 可 以 透 過 眼 睛 來 影 響 警 覺 程 度, 包 括 降 低 主 觀 嗜 睡 程 度 以 及 改 變 警 覺 的 相 關 生 理 指 標, 例 如 降 低 張 眼 Alpha Theta Delta 波 的 頻 譜 功 率 以 及 加 快 心 跳 速 率, 而 這 些 不 同 的 警 覺 指 標 是 測 量 不 同 向 度 的 警 覺, 其 涉 及 的 機 制 也 不 完 全 相 同 另 外, 光 線 影 響 警 覺 的 效 果 會 受 到 許 多 因 素 的 調 節, 首 先 是 光 照 強 度, 整 體 而 言 亮 度 越 高 的 光 照 越 能 增 加 我 們 的 警 覺 程 度, 但 兩 者 的 關 係 並 非 線 性, 而 且 100 勒 克 斯 光 照 提 升 警 覺 的 效 果 就 有 數 千 勒 克 斯 光 照 效 果 的 ㄧ 半 第 二, 光 照 雖 能 快 速 地 影 響 警 覺, 但 確 切 需 要 多 少 時 間 目 前 尚 無 共 識, 各 研 究 的 光 照 時 間 有 相 當 的 變 異, 從 數 分 鐘 至 數 小 時 都 有 第 三, 許 多 研 究 者 認 為 光 照 是 透 過 褪 黑 激 素 的 抑 制 來 增 加 警 覺, 因 此 選 擇 在 夜 間 進 行 實 驗, 少 數 在 日 間 進 行 的 研 究 發 現 光 照 雖 能 降 低 主 觀 上 的 嗜 睡, 但 對 核 心 體 溫 和 心 跳 速 率 則 沒 有 任 何 效 果 最 後 一 個 重 要 的 影 響 因 素 是 光 線 波 長, 短 波 長 的 光 線 比 較 能 提 升 警 覺 程 度, 而 高 色 溫 的 光 源 含 較 多 的 短 波 長 光 線 比 較 不 同 色 溫 的 研 究 發 現, 高 色 溫 相 較 於 低 色 溫 的 光 源, 更 能 降 低 主 觀 嗜 睡 程 度 減 少 Alpha 波 頻 譜 功 率 並 抑 制 褪 黑 激 素 的 分 泌 以 及 核 心 體 溫 的 下 降, 然 而 此 不 同 色 溫 的 光 照 效 果 在 心 跳 速 率 以 及 心 跳 變 異 率 兩 變 項 上 並 不 明 顯 第 三 節 光 線 影 響 晝 夜 節 律 與 警 覺 程 度 的 比 較 光 線 對 於 警 覺 和 晝 夜 節 律 的 影 響 有 許 多 的 共 通 之 處, 包 括 效 果 受 到 光 線 強 度 的 調 節 短 波 長 光 線 具 有 較 的 效 果, 而 且 許 多 研 究 都 發 現, 使 用 光 線 來 影 響 警 覺 和 晝 夜 節 律 時 幾 乎 都 伴 隨 出 現 褪 黑 激 素 的 抑 制, 因 此 有 研 究 者 認 為 這 兩 者 有 25

26 共 通 的 生 理 機 制, 且 褪 黑 激 素 和 黑 視 蛋 白 都 扮 演 很 重 要 的 角 色 光 線 影 響 晝 夜 節 律 的 生 理 機 制 目 前 是 比 較 確 定 的 眼 球 中 的 神 經 節 細 胞 可 分 為 兩 類, 其 中 一 類 接 受 桿 體 和 椎 體 的 訊 息, 稱 為 椎 體 驅 動 的 古 典 神 經 節 細 胞 (cone-driven classical ganglion cells, crgc), 主 要 負 責 我 們 的 視 覺 功 能 ; 另 一 類 的 神 經 節 細 胞 則 包 含 黑 視 蛋 白, 稱 為 含 黑 視 蛋 白 的 感 光 性 視 網 膜 神 經 節 細 胞 ( melanopsin-containing intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, iprgc), 佔 視 網 膜 神 經 節 細 胞 的 1 至 3%( 見 圖 2-5),ipRGC 除 了 直 接 對 短 波 長 的 光 線 感 光 外, 還 會 接 受 來 自 於 桿 體 和 椎 體 的 訊 息, 因 此 光 照 對 晝 夜 節 律 的 影 響 是 同 時 透 過 桿 體 和 椎 體 的 系 統 以 及 iprgc(guler et al., 2008) iprgc 會 將 訊 息 經 由 視 網 膜 - 下 視 丘 路 徑 (retinohypothalamic tract, RHT) 傳 遞 到 下 視 丘 的 視 交 叉 上 核 (suprachiasmatic nuclei, SCN), 視 交 叉 上 核 為 身 體 控 制 晝 夜 節 律 的 中 樞, 該 部 位 神 經 元 活 動 也 是 呈 現 二 十 四 小 時 的 週 期 視 交 叉 上 核 將 訊 息 進 一 步 傳 遞 到 腦 部 的 其 它 部 位 如 側 膝 核 (lateral geniculate nucleus, LGN) 前 頂 蓋 (pretectum) 上 丘 (superior colliculus) 和 松 果 體 (pineal gland) 其 中 松 果 體 分 泌 褪 黑 激 素 的 時 間 便 是 由 視 交 叉 上 核 所 控 制 (Gooley, Lu, Fischer, & Saper, 2003) 圖 2-5. 光 線 活 化 腦 部 區 位 的 路 徑 ( 轉 載 自 Lockley & Gooley, 2006) 26

27 除 了 上 述 的 部 位 外, 視 交 叉 上 核 調 控 核 心 體 溫 的 晝 夜 節 律 主 要 是 將 訊 息 由 背 側 室 旁 核 區 (dorsal subparaventricular zone, dspz) 傳 遞 到 視 前 葉 中 區 (medial preoptic area, MPO); 對 於 睡 眠 晝 夜 節 律 的 調 節, 則 是 將 訊 息 由 腹 側 室 旁 核 區 (ventral subparaventricular zone, vspz) 傳 至 下 視 丘 背 內 側 核 (dorsomedial nucleus of the hypothalamus, DMH), 再 進 一 步 傳 遞 到 下 視 丘 的 腹 外 側 視 前 核 (ventrolateral preoptic nucleus, VLPO) 以 及 橋 腦 的 藍 斑 核 (locus coeruleus, LC) 等 部 位, 進 而 決 定 我 們 睡 與 醒 的 時 間 ( 見 圖 2-6) 圖 2-6.SCN 調 控 睡 眠 及 核 心 體 溫 晝 夜 節 律 之 路 徑 ( 轉 載 自 Saper, Scammell, & Lu, 2005) 27

28 相 對 而 言, 光 線 影 響 警 覺 的 生 理 機 制, 目 前 尚 未 完 全 確 定 (Lockley & Gooley, 2006) 如 同 前 述, 部 份 研 究 認 為 光 線 影 響 晝 夜 節 律 與 警 覺 的 生 理 機 制 是 相 同 的 支 持 的 證 據 之 一 包 括 兩 者 涉 及 相 同 的 腦 部 區 位 前 述 曾 提 及 光 線 訊 息 傳 遞 至 視 交 叉 上 核 後, 會 進 一 步 抑 制 下 視 丘 的 腹 外 側 視 前 核 以 及 活 化 藍 斑 核 兩 部 位 的 反 應, 並 進 而 決 定 晝 夜 節 律 上 睡 與 醒 的 時 間 (Vrang, Mrosovsky, & Mikkelsen, 2003; Chou et al., 2002) 這 兩 個 腦 部 區 位 的 反 應, 也 被 認 為 與 警 覺 有 關 下 視 丘 的 腹 外 側 視 前 核 包 含 了 促 進 睡 眠 的 神 經 元, 當 光 線 抑 制 這 些 神 經 元 的 反 應, 會 抑 制 睡 意 並 增 加 腦 波 上 的 激 發 而 藍 斑 核 部 位 的 活 化 則 會 增 加 清 醒 時 的 注 意 力 (Aston-Jones, Rajkowski, & Cohen,1999) 另 外 一 個 認 為 有 相 同 機 制 的 證 據 是 褪 黑 激 素, 光 照 調 整 警 覺 和 晝 夜 節 律 時, 通 常 會 伴 隨 出 現 褪 黑 激 素 的 抑 制, 但 目 前 此 一 論 點 也 有 反 對 的 證 據 例 如 Ruger 等 人 (2005) 比 較 白 天 和 夜 間 的 光 照 效 果 假 使 如 同 調 整 晝 夜 節 律 一 樣, 光 線 是 透 過 褪 黑 激 素 的 抑 制 來 增 加 警 覺 的 話, 由 於 白 天 體 內 褪 黑 激 素 的 濃 度 非 常 低, 因 此 白 天 照 光 應 該 不 能 增 加 我 們 的 警 覺 程 度 然 而 研 究 卻 發 現 白 天 的 光 照 能 增 加 我 們 主 觀 上 的 警 覺, 因 此 該 功 能 在 腦 中 的 生 理 機 制 與 晝 夜 節 律 的 調 整 相 比, 可 能 涉 及 不 同 的 腦 部 區 位 或 是 包 含 了 更 多 的 腦 部 區 位 Perrin 等 人 (2004) 以 PET 進 行 研 究, 發 現 參 與 者 接 受 8000 勒 克 斯 的 光 照 後, 除 了 下 視 丘 的 活 動 量 增 加, 島 葉 (insular) 和 許 多 腦 皮 質, 特 別 是 頂 葉 與 枕 葉 與 注 意 力 相 關 的 區 位, 例 如 頂 葉 內 溝 (intraparietal sulcus, IPS) 也 有 高 活 動 量 的 狀 況 fmri 的 研 究 也 發 現 光 照 後, 隨 著 主 觀 警 覺 程 度 的 增 加, 視 丘 後 半 部 枕 核 (pulvinar nucleus) 的 活 動 量 也 增 高, 而 此 部 位 與 視 覺 注 意 力 以 及 警 覺 的 程 度 有 關 (Enquiries et al., 2006) 整 體 而 言, 目 前 尚 無 法 確 定 光 線 是 否 透 過 褪 黑 激 素 來 調 節 我 們 的 警 覺 程 度, 而 且 光 線 經 由 視 交 叉 上 核 去 活 化 腦 皮 質 的 路 徑 目 前 也 還 不 清 楚 (Lockley & Gooley, 2006) 但 從 上 述 日 夜 間 光 照 效 果 的 比 較 以 及 腦 部 顯 影 的 研 究 結 果 來 看, 光 線 對 於 警 覺 程 度 的 影 響, 或 許 是 同 時 受 到 許 多 不 同 部 位 的 生 理 反 應 所 共 同 決 定 28

29 第 四 節 光 照 對 睡 眠 的 影 響 在 光 照 的 相 關 研 究 中, 除 了 光 照 影 響 晝 夜 節 律 外, 很 少 有 研 究 去 探 討 睡 前 照 光 對 後 續 睡 眠 的 影 響 目 前 就 能 找 到 的 資 料 中, 僅 有 三 個 研 究 探 討 了 這 方 面 的 議 題, 結 果 詳 見 表 2-1 表 2-1. 光 照 影 響 睡 眠 研 究 之 結 果 作 者 及 年 份 光 源 光 照 時 間 3 活 動 固 結 果 勒 克 斯 情 境 的 入 睡 時 間 較 長 Cajochen et 2500 lux 小 定 勒 克 斯 情 境 的 第 一 睡 眠 週 期 al., 弱 光 時 姿 Delta 波 活 動 較 低 1992 Munch et al., nm nm 小 勢 3. 各 情 境 的 睡 眠 階 段 沒 有 差 異 1. 各 情 境 的 入 睡 時 間 沒 有 差 異 固 定 2.460nm 情 境 的 第 一 睡 眠 週 期 Delta 波 活 動 較 低 3.460nm 情 境 的 深 睡 期 較 短 時 姿 4. 各 情 境 的 睡 眠 效 率 (SE) 入 睡 後 清 醒 勢 時 間 (WASO) 及 總 睡 眠 時 間 (TST) 沒 有 差 異 Kozaki et al., 6700K 6.5 閱 讀 1. 各 情 境 的 入 睡 時 間 沒 有 差 異 K 小 及 聽 K 情 境 的 前 半 夜 深 睡 期 較 3000K 3000K 時 音 樂 短 29

30 Cajochen, Dijk 和 Borbely(1992) 讓 參 與 者 在 睡 前 三 小 時 接 受 2500 勒 克 斯 的 白 光 或 6 勒 克 斯 以 下 的 弱 光, 結 果 發 現 兩 種 情 況 下 的 睡 眠 階 段 沒 有 差 異, 但 接 受 2500 勒 克 斯 的 光 照 後, 入 睡 時 間 顯 著 較 長, 且 在 第 一 個 睡 眠 週 期 中 Delta 波 的 頻 譜 功 率 顯 著 較 低, 但 在 第 四 個 睡 眠 週 期 時,Delta 波 的 活 動 又 顯 著 較 高 後 續 研 究 進 一 步 探 討 了 不 同 波 長 的 光 照 對 睡 眠 的 影 響 Munch 等 人 (2006) 同 樣 讓 參 與 者 在 睡 前 2 小 時 接 受 光 照, 但 該 研 究 使 用 460nm 和 550nm 的 單 色 光, 兩 光 照 情 境 的 亮 度 相 同, 光 子 密 度 (Photon densities) 皆 為 單 位 面 積 每 秒 個 光 子 (photons cm -2 s -1 ) 結 果 發 現 兩 種 情 境 下 的 入 睡 時 間 沒 有 顯 著 差 異, 但 接 受 460nm 的 光 照 後, 睡 眠 深 睡 期 的 時 間 顯 著 較 短 此 外, 與 前 述 研 究 一 致 的 結 果 是 460nm 光 照 後, 第 一 個 睡 眠 週 期 中 Delta 波 的 活 動 顯 著 較 低, 但 在 第 三 個 睡 眠 週 期 又 顯 著 較 高 另 一 個 相 關 研 究 是 Kozaki 等 人 (2005) 讓 參 與 者 在 睡 前 進 行 6.5 小 時 1000 勒 克 斯 的 3000K,5000K 或 6700K 光 照 雖 然 研 究 中 的 入 睡 時 間 沒 有 顯 著 差 異, 但 在 6700K 的 光 照 後, 前 半 夜 的 睡 眠 第 四 階 段 顯 著 較 3000K 的 情 境 短, 而 後 半 夜 則 無 上 述 的 差 異 綜 合 來 說, 上 述 研 究 使 用 的 光 源 光 照 時 間 以 及 光 照 時 的 活 動 有 很 的 差 異, 而 研 究 結 果 的 不 一 致 或 許 就 是 這 些 差 異 所 造 成 的 但 就 某 個 程 度 而 言, 強 光 或 短 波 長 的 光 線 一 致 地 減 少 參 與 者 睡 眠 剛 開 始 的 深 睡, 包 括 Delta 波 的 活 動 較 低 或 睡 眠 第 四 期 的 時 間 較 短 上 述 Cajochen 等 人 (1992) 以 及 Munch 等 人 (2006) 的 研 究 中, 皆 試 著 討 論 光 照 是 透 過 晝 夜 節 律 或 恆 定 系 統 來 影 響 後 續 的 睡 眠, 因 此 我 們 接 下 來 將 對 上 述 兩 系 統 做 一 些 說 明 Borbely(1982) 在 研 究 中 首 先 提 出 這 兩 個 影 響 睡 眠 的 機 制 : 晝 夜 節 律 (Process C) 和 恆 定 系 統 (Homeostatic system, Process S) 睡 眠 的 晝 夜 節 律 在 前 述 的 討 論 中 已 有 提 及, 我 們 每 天 在 差 不 多 的 時 間 入 睡 和 清 醒, 主 要 就 是 受 到 該 機 制 的 影 響 在 相 關 的 研 究 中, 一 次 數 小 時 的 光 照 即 能 抑 制 褪 黑 激 素 的 分 泌, 當 睡 眠 的 生 理 時 鐘 出 現 些 許 延 遲, 此 狀 況 就 有 可 能 導 致 前 述 實 驗 的 參 與 者 在 亮 光 情 境 的 入 睡 時 間 變 的 較 長 另 一 個 影 響 睡 眠 的 重 要 機 制 是 恆 定 系 統, 生 物 體 內 許 多 的 生 理 反 應 都 必 須 30

31 透 過 身 體 的 一 些 調 節, 來 維 持 在 一 定 的 範 圍 內 例 如 我 們 的 體 溫, 當 我 們 運 動 時, 體 內 過 多 的 熱 能 會 導 致 體 溫 過 高, 此 時 血 管 開 始 擴 張 來 散 發 熱 量, 並 藉 由 汗 水 的 蒸 發 來 帶 走 熱 能, 相 反 的, 天 氣 變 冷 時 血 管 會 收 縮 以 減 少 熱 能 散 發, 這 些 身 體 的 調 節 主 要 就 是 讓 體 溫 恆 定, 保 持 在 攝 氏 37 度 左 右 另 一 個 恆 定 的 例 子, 是 我 們 的 飢 餓 感 當 我 們 未 進 食 的 時 間 越 長 或 進 行 的 活 動 越 多, 飢 餓 感 會 逐 漸 累 積, 一 但 進 食 後, 飢 餓 感 便 明 顯 的 下 降 我 們 的 睡 眠 系 統 中 也 有 所 謂 的 恆 定 系 統, 隨 著 清 醒 時 間 的 增 長 和 日 常 活 動 的 進 行, 睡 眠 驅 力 (sleep drive) 會 逐 漸 累 積, 一 旦 入 睡 後, 此 驅 力 則 開 始 下 降 在 睡 眠 中, 恆 定 機 制 與 深 睡 期 有 很 的 關 係 (Borbely,1982) 當 我 們 清 醒 的 時 間 越 長 或 活 動 量 越 多, 將 累 積 更 多 恆 定 機 制 上 的 睡 眠 驅 力, 使 得 入 睡 後 的 深 睡 期 因 此 而 增 加 前 述 研 究 提 到 強 光 或 短 波 長 光 線 會 減 少 第 一 個 睡 眠 週 期 的 深 睡 期 或 Delta 波 的 頻 譜 功 率, 或 許 表 示 睡 前 的 光 照 會 抑 制 此 機 制 上 睡 眠 驅 力 的 累 積 進 一 步 探 討 這 兩 個 系 統 和 清 醒 腦 波 間 的 關 係, 在 Cajochen 等 人 (1995) 的 研 究 中, 對 參 與 者 進 行 40 小 時 的 睡 眠 剝 奪, 然 後 分 別 在 及 34 小 時 後 測 量 腦 波 的 頻 譜 功 率, 結 果 發 現 6-9Hz 腦 波 的 頻 譜 功 率 會 隨 著 時 間 而 增 加, 因 此 該 研 究 認 為 6-9Hz 的 清 醒 腦 波 主 要 是 受 到 恆 定 機 制 的 影 響 後 續 相 關 研 究 認 為 上 述 實 驗 僅 在 四 個 時 間 點 測 量 腦 波, 無 法 判 斷 腦 波 是 否 會 有 24 小 時 為 單 位 的 變 化 在 Aeschbach 等 人 (1997) 的 研 究 中, 同 樣 對 參 與 者 進 行 40 小 時 的 睡 眠 剝 奪, 但 每 半 小 時 測 量 一 次 清 醒 腦 波, 結 果 發 現 9Hz 以 下 的 腦 波, 其 變 化 同 時 包 含 了 隨 時 間 增 加 的 趨 勢 以 及 以 24 小 時 為 單 位 的 變 化, 因 此 推 測 這 段 頻 率 的 腦 波 是 同 時 受 恆 定 和 晝 夜 節 律 的 影 響 Aeschbach 等 人 (1999) 的 研 究 做 了 進 一 步 的 分 析, 將 腦 波 頻 譜 功 率 寫 成 以 時 間 為 函 數 的 方 程 式, 並 以 清 醒 時 間 ( 恆 定 系 統 ) 以 及 相 對 於 核 心 體 溫 最 低 點 的 時 間 ( 晝 夜 節 律 ) 來 區 分 兩 系 統 的 影 響 結 果 發 現 9Hz 以 下 的 腦 波 雖 然 同 時 受 上 述 兩 系 統 的 影 響, 但 恆 定 系 統 的 影 響 於 晝 夜 節 律 系 統 因 此 在 清 醒 腦 波 的 部 分,Delta 波 和 Theta 波 主 要 還 是 受 到 恆 定 系 統 的 影 響 31

32 第 五 節 研 究 問 題 與 假 設 在 現 代 化 的 社 會 中, 人 們 夜 晚 長 時 間 暴 露 於 光 照 之 下, 雖 然 一 般 室 內 燈 的 強 度 不 高, 但 研 究 顯 示 暴 露 於 100 勒 克 斯 的 光 線 6.5 小 時 後, 警 覺 程 度 的 增 加 即 有 數 千 勒 克 斯 光 照 效 果 的 一 半 故 一 般 人 在 睡 前 所 接 觸 的 光 線, 可 以 提 升 警 覺 或 降 低 睡 意, 而 此 狀 況 可 能 會 影 響 到 後 續 夜 間 的 睡 眠 過 去 基 礎 研 究 顯 示 光 照, 特 別 是 波 長 460nm 左 右 的 藍 光, 能 增 加 我 們 的 警 覺 上 一 節 所 述 的 研 究 也 顯 示 睡 前 的 光 照 會 影 響 後 續 的 睡 眠, 包 括 增 加 入 睡 時 間 或 減 少 前 半 夜 的 深 睡, 然 而 前 述 研 究 的 光 照 情 境 不 同 於 日 常 生 活, 因 此 目 前 仍 不 知 道 其 結 果 是 否 可 以 類 推 至 現 實 生 活 中 回 顧 過 去 的 研 究 ( 見 表 2-1),Cajochen 等 人 (1992) 使 用 2500 勒 克 斯 與 6 勒 克 斯 以 下 的 弱 光, 但 研 究 中 參 與 者 照 光 時 必 須 保 持 固 定 的 姿 勢, 而 且 人 們 在 弱 光 下 無 法 從 事 平 常 夜 間 的 活 動, 因 此 限 制 了 此 研 究 的 外 在 效 度 此 外,Munch 等 人 (2006) 研 究 中 比 較 了 460nm 和 550nm 的 單 色 光, 然 而 一 般 室 內 燈 具 並 無 法 產 生 單 色 光 所 以 相 關 研 究 中,Kozaki 等 人 (2005) 的 光 照 實 驗 是 外 在 效 度 最 佳 的 研 究, 包 括 參 與 者 在 光 照 時 可 進 行 閱 讀 和 聽 音 樂 的 活 動, 而 且 使 用 的 是 3000K 5000K 和 6700K 的 光 源, 這 些 色 溫 與 室 內 常 見 的 燈 具 相 同 雖 然 有 上 述 的 優 點, 該 研 究 使 用 的 光 照 強 度 為 1000 勒 克 斯, 明 顯 較 一 般 300 至 600 勒 克 斯 的 室 內 燈 強 度 高, 且 光 照 時 間 為 6.5 小 時, 但 在 現 實 生 活 中, 我 們 很 少 連 續 暴 露 在 同 一 光 源 下 這 麼 長 的 時 間, 上 述 這 兩 點 限 制 了 外 在 效 度 綜 合 上 述 的 討 論, 本 研 究 主 要 目 的 是 擴 展 上 述 實 驗 的 外 在 效 度, 檢 視 其 結 果 是 否 可 以 類 推 至 現 實 生 活 中, 以 了 解 現 代 化 生 活 的 睡 前 光 照 是 否 會 影 響 到 後 續 的 睡 眠 在 外 在 效 度 方 面, 本 研 究 有 下 列 的 考 量 :(1) 採 用 市 面 上 可 購 得 的 燈 具, 包 括 3000K 和 5000K 兩 種 色 溫 3000K 燈 管 的 光 線 顏 色 偏 黃, 傳 統 鎢 絲 燈 的 色 溫 多 屬 於 此 範 圍 ;5000K 則 為 常 見 的 白 光, 同 多 數 室 內 燈 的 色 溫 (2) 在 光 照 期 間 參 與 者 可 以 進 行 棋 類 或 紙 牌 活 動, 而 不 需 要 維 持 固 定 的 姿 勢, 以 貼 近 日 常 32

33 生 活 中 的 狀 況 (3) 光 照 強 度 固 定 在 325 至 393 勒 克 斯 之 間, 屬 一 般 室 內 燈 強 度 範 圍 (4) 在 光 照 時 間 的 考 量 上, 日 常 生 活 中 我 們 入 夜 後 至 睡 前 接 受 了 長 時 間 的 光 照, 但 由 於 在 不 同 的 空 間 進 行 不 同 的 活 動, 所 以 我 們 並 不 是 長 時 間 暴 露 於 同 一 種 光 源 下, 因 此 短 時 間 的 光 照 具 有 較 佳 的 外 在 效 度 本 實 驗 將 光 照 時 間 定 為 3 小 時, 除 了 考 慮 研 究 結 果 的 類 推 性 之 外, 也 希 望 實 驗 中 的 不 同 光 照 能 有 充 足 的 時 間 對 參 與 者 的 警 覺 程 度 或 相 關 生 理 指 標 產 生 作 用 本 研 究 以 一 般 室 內 燈 強 度 的 高 低 兩 種 色 溫 光 源 進 行 實 驗, 並 將 結 果 與 亮 度 10 勒 克 斯 以 下 的 弱 光 進 行 比 較 探 討 不 同 光 照 後 的 嗜 睡 程 度 相 關 生 理 指 標 入 睡 時 間 以 及 深 睡 是 否 會 有 所 差 異 睡 前 清 醒 的 部 分, 根 據 過 去 文 獻 的 回 顧, 我 們 預 期 高 色 溫 光 源 較 低 色 溫 者 更 能 增 加 警 覺 程 度 此 外, 室 內 燈 強 度 的 光 源 與 弱 光 相 比, 前 者 會 讓 我 們 在 睡 前 變 得 較 為 警 覺 由 於 過 去 研 究 曾 用 心 跳 速 率 做 為 警 覺 程 度 的 相 關 生 理 指 標, 本 研 究 也 對 此 變 項 進 行 收 集 與 分 析 前 述 Mukae 和 Sato(1992) 以 及 Ishibashi(2007) 等 人 的 研 究 均 發 現, 參 與 者 經 過 不 同 色 溫 的 光 照 後, 心 跳 速 率 並 無 明 顯 差 異 因 此 我 們 預 測 不 同 色 溫 的 光 照 並 不 會 影 響 心 跳 速 率, 但 室 內 燈 強 度 的 光 照 與 弱 光 相 比, 前 者 的 心 跳 速 率 應 該 較 快 具 體 研 究 假 設 條 列 如 下 : 1. 光 照 後,3000K 情 境 的 主 觀 嗜 睡 程 度 高 於 5000K 情 境 ; 且 弱 光 情 境 高 於 前 述 兩 者 2. 光 照 後,3000K 情 境 中 張 眼 測 量 腦 波 (Delta Theta Alpha) 的 頻 譜 功 率 將 高 於 5000K 情 境 ; 且 弱 光 情 境 高 於 前 述 兩 者 3. 光 照 後,3000K 與 5000K 情 境 的 心 跳 速 率 相 同, 而 弱 光 情 境 低 於 前 述 兩 者 睡 眠 的 部 分, 我 們 預 測 睡 前 光 照 的 效 果 會 延 續 至 後 續 睡 眠 入 睡 時 間 方 面, Kozaki 等 人 (2005) 發 現 睡 前 6.5 小 時 3000K 與 5000K 的 光 照, 並 不 會 讓 入 睡 時 間 產 生 差 異, 因 此 我 們 預 測 本 研 究 中 不 同 色 溫 的 光 照 並 不 會 對 入 睡 時 間 產 生 影 33

34 響, 但 以 室 內 燈 強 度 的 光 照 與 弱 光 相 比, 前 者 的 入 睡 時 間 應 該 較 長 深 睡 的 部 分, 由 於 我 們 的 實 驗 較 接 近 Kozaki 等 人 (2005) 的 研 究, 該 研 究 發 現 不 同 色 溫 的 光 照 會 影 響 前 半 夜 的 深 睡, 因 此 我 們 預 期 實 驗 的 效 果 比 較 可 能 出 現 在 前 兩 個 睡 眠 週 期 而 非 第 一 個 睡 眠 週 期 具 體 研 究 假 設 條 列 如 下 : 4. 光 照 後,3000K 與 5000K 情 境 的 入 睡 時 間 相 同, 而 弱 光 情 境 的 入 睡 時 間 短 於 前 述 二 者 5. 光 照 後,3000K 情 境 前 兩 個 睡 眠 週 期 的 深 睡 期 時 間 將 長 於 5000K 情 境, 且 弱 光 情 境 長 於 前 述 二 者 6. 光 照 後,3000K 情 境 前 兩 個 睡 眠 週 期 Delta 波 的 頻 譜 功 率 高 於 5000K 情 境, 且 弱 光 情 境 高 於 前 述 二 者 34

35 第 三 章 研 究 方 法 第 一 節 研 究 對 象 本 研 究 以 立 意 取 樣 的 方 式, 募 集 自 願 的 參 與 者 9 人, 年 齡 需 在 18 至 35 歲 之 間, 男 女 皆 可, 每 位 參 與 者 皆 無 重 生 理 和 精 神 上 的 疾 病 或 就 醫 史 無 睡 眠 相 關 抱 怨 不 曾 罹 患 重 眼 疾, 且 無 吸 菸 的 習 慣 第 二 節 實 驗 設 計 與 流 程 本 實 驗 採 完 全 受 試 者 內 設 計, 比 較 兩 種 不 同 色 溫 的 光 照 和 弱 光 情 境 下 的 主 觀 嗜 睡 程 度 腦 波 心 跳 速 率 以 及 後 續 的 睡 眠 3000K 光 源 為 低 色 溫 情 境 ;5000K 光 源 為 高 色 溫 情 境 ; 弱 光 情 境 的 亮 度 控 制 在 10 勒 克 斯 以 下 每 位 參 與 皆 須 接 受 上 述 三 種 實 驗 情 境, 而 三 種 實 驗 情 境 的 順 序 採 交 互 平 衡, 以 避 免 順 序 效 果 混 淆 實 驗 結 果 整 個 實 驗 致 可 分 為 第 一 週 與 第 二 週 在 取 得 參 與 者 的 同 意 後, 會 要 求 參 與 者 維 持 規 律 睡 眠 至 第 二 週 實 驗 結 束 為 止 實 驗 者 與 參 與 者 討 論 固 定 的 上 床 和 下 床 時 間, 該 時 間 有 ㄧ 小 時 的 彈 性, 意 即 參 與 者 必 須 在 該 時 間 的 前 後 三 十 分 鐘 內 上 床 或 下 床 此 外, 實 驗 者 會 教 導 參 與 者 記 錄 睡 眠 日 誌, 以 便 日 後 檢 視 其 晝 夜 節 律 是 否 穩 定 參 與 者 在 第 一 週 中, 必 須 至 實 驗 室 睡 一 晚, 使 其 適 應 環 境, 避 免 初 夜 效 應 (first night effect)(agnew, Webb, & Williams, 1966) 影 響 實 驗 結 果 研 究 的 第 二 週 中, 參 與 者 有 三 晚 須 到 實 驗 室, 分 別 接 受 三 種 實 驗 處 理, 此 三 晚 須 同 為 週 間, 參 與 者 在 這 三 天 都 要 上 班 或 上 課, 因 此 白 天 活 動 量 不 至 於 相 差 太 多 另 外, 實 驗 35

36 者 會 在 參 與 者 接 受 實 驗 處 理 的 前 三 天 早 上, 以 電 話 的 方 式 確 認 參 與 者 在 固 定 的 時 間 內 起 床 接 受 實 驗 處 理 當 晚 的 流 程 見 圖 3-1: 貼 電 極 3000K 光 照 + 紙 牌 或 棋 類 遊 戲 5000K 光 照 + 紙 牌 或 棋 類 遊 戲 暗 光 + 紙 牌 或 棋 類 遊 戲 睡 眠 睡 前 睡 前 睡 前 睡 前 睡 前 睡 前 上 床 時 間 180 分 鐘 150 分 鐘 120 分 鐘 90 分 鐘 60 分 鐘 30 分 鐘 測 量 腦 波 心 跳 速 率 和 主 觀 嗜 睡 程 度 圖 3-1. 實 驗 流 程 圖 參 與 者 當 天 要 避 免 服 用 含 咖 啡 因 或 酒 精 的 飲 料, 白 天 不 可 午 睡 和 從 事 運 動, 晚 餐 與 洗 澡 的 時 間 必 須 三 天 一 致, 且 晚 餐 禁 止 刺 激 性 的 食 物, 如 麻 辣 臭 豆 腐 或 過 於 辛 辣 的 咖 哩 等 食 材 參 與 者 在 上 床 時 間 的 前 4 小 時 到 達 實 驗 室 實 驗 者 先 由 參 與 者 的 睡 眠 日 誌 上, 確 認 實 驗 前 三 天 的 睡 眠 量 是 足 夠 的, 且 入 睡 或 半 夜 醒 來 的 時 間 都 沒 有 超 過 半 小 時, 方 可 進 行 當 日 的 實 驗 講 解 完 實 驗 流 程 後, 請 參 與 者 先 換 好 就 寢 衣 物, 接 著 開 始 幫 參 與 者 黏 貼 腦 波 電 極 此 時 室 內 燈 的 強 度 維 持 在 620 勒 克 斯 左 右, 光 線 色 溫 4000K 上 床 時 間 的 前 3 個 小 時 讓 參 與 者 進 入 實 驗 房 間, 該 房 間 燈 光 強 度 為 420 勒 克 斯 左 右, 光 線 色 溫 4000K 接 下 來 進 行 腦 波 和 心 跳 速 率 的 基 準 線 測 量, 為 了 減 少 身 體 動 作 和 眼 睛 轉 動 影 響 到 腦 波 的 測 量, 參 與 者 必 須 張 眼 直 視 前 方 三 分 鐘, 同 時 維 持 固 定 的 身 體 姿 勢 以 及 避 免 眼 球 轉 動 三 分 鐘 後 讓 參 與 者 填 寫 卡 羅 連 斯 加 嗜 睡 量 表 (The Karolinska Sleepiness Scale, KSS)( 內 容 見 下 節 ), 同 樣 做 為 基 準 線 的 測 量 接 著 關 掉 室 內 燈, 並 打 開 實 驗 用 的 燈 具 為 了 瞭 解 各 變 項 在 光 照 後 出 現 效 果 的 時 間 點, 後 續 3 小 時 的 光 照 中, 每 三 十 分 鐘 36

37 測 量 一 次 腦 波 心 跳 速 率 以 及 主 觀 嗜 睡 程 度, 參 與 者 同 樣 必 須 張 眼 不 動 三 分 鐘 並 填 寫 KSS 溫 度 方 面, 為 了 避 免 室 溫 的 不 同 對 睡 眠 造 成 影 響, 過 去 的 研 究 幾 乎 都 將 室 溫 控 制 在 某 一 定 值 本 實 驗 以 一 般 室 內 空 調 來 設 定 室 溫, 雖 然 參 與 者 可 以 選 擇 適 合 自 己 的 溫 度, 但 三 天 必 須 一 致 在 實 驗 過 程 中, 實 驗 者 以 水 銀 溫 度 計 進 行 監 控, 確 定 室 內 溫 度 的 變 化 不 超 過 1 0 C 另 外, 本 實 驗 讓 參 與 者 可 以 自 由 選 擇 穿 著 長 袖 或 短 袖 衣 服 以 及 長 褲 或 短 褲, 但 三 天 必 須 一 致 光 照 的 部 分,3000K 與 5000K 光 源 的 燈 管 均 裝 置 在 獨 立 的 燈 架 上, 並 置 於 參 與 者 眼 前 公 分 處 參 與 者 在 光 照 期 間, 身 體 必 須 倚 靠 在 椅 背 上, 以 確 保 三 次 實 驗 中 光 源 與 眼 睛 的 距 離 相 同, 使 光 線 強 度 為 持 在 323 至 393 勒 克 斯 之 間 弱 光 則 使 用 市 售 的 小 燈 泡, 參 與 者 與 燈 源 保 持 200 cm 以 上 的 距 離, 使 亮 度 維 持 在 10 勒 克 斯 以 下 在 進 行 光 照 的 過 程 中, 參 與 者 必 須 和 主 試 者 一 起 進 行 紙 牌 或 棋 類 等 遊 戲, 且 三 次 實 驗 中 所 進 行 的 活 動 必 須 一 致 參 與 者 完 成 3 小 時 的 光 照 以 及 最 後 一 次 腦 波 心 跳 速 率 和 主 觀 嗜 睡 的 測 量 後, 實 驗 者 會 要 求 參 與 者 上 最 後 一 次 廁 所, 接 著 關 閉 研 究 用 的 燈 源, 使 房 內 維 持 黑 暗 的 狀 態, 並 請 參 與 者 上 床 就 寢 隔 天 早 上 在 參 與 者 固 定 的 起 床 時 間 喚 醒 他, 請 他 填 寫 睡 眠 日 誌 後, 將 訊 號 線 拆 除, 結 束 當 次 的 實 驗 第 三 節 研 究 工 具 一 光 照 用 燈 具 弱 光 部 分 使 用 市 面 上 可 購 得 的 Philips 40W 小 燈 泡 室 內 燈 強 度 的 光 源 則 使 用 NEC 三 波 長 HGX 燈 管, 低 色 溫 與 高 色 溫 燈 管 的 商 品 型 號 分 別 為 FL40SSEX-L/37-X 以 及 FL40SSEX-N/37-X, 同 樣 為 市 面 上 可 購 得 的 產 品 兩 燈 37

38 管 長 度 皆 為 cm, 實 測 亮 度 相 同, 距 離 100 公 分 時 皆 為 393 勒 克 斯 此 外, 本 研 究 以 JETI(Jena/Germany) 出 產 的 光 譜 幅 射 計 (spectroradiometer) 進 行 實 測, 產 品 型 號 為 specbos 1201, 所 測 得 兩 燈 管 的 實 際 色 溫 為 2999K 和 4913K, 前 者 顏 色 略 偏 黃, 後 者 顏 色 同 多 數 室 內 白 光 兩 光 源 中, 各 波 長 光 線 所 占 含 量 如 圖 3-2 所 示 圖 3-2. 低 色 溫 與 高 色 溫 燈 各 波 長 光 線 的 含 量 由 圖 中 可 發 現 各 波 長 光 線 在 兩 光 源 中 所 佔 含 量 致 相 同, 最 的 差 別 出 現 在 圖 中 紅 圈 標 示 處, 其 中 一 處 是 在 波 長 430 至 480nm 這 一 段 低 色 溫 燈 nm 的 光 線 含 量 約 略 是 高 色 溫 燈 的 三 分 之 一 至 二 分 之 一 另 外 也 有 差 異 的 是 波 長 598 至 616nm, 高 色 溫 燈 這 段 光 線 的 含 量 約 略 是 低 色 溫 燈 的 二 分 之 一 38

39 Revell 等 人 (2006) 的 光 照 研 究 中 比 較 了 420nm 440nm 470nm 和 600nm 的 單 色 光, 結 果 發 現 470nm 波 長 的 光 線 較 600nm 的 單 色 光 更 能 增 加 警 覺 程 度 根 據 此 結 果, 加 上 前 述 文 獻 回 顧 提 到 nm 的 光 線 最 能 提 升 警 覺, 因 此 本 實 驗 所 使 用 的 燈 具 中, 雖 然 5000K 燈 管 的 短 波 長 光 較 多, 而 3000K 燈 管 600nm 左 右 的 光 線 含 量 較 多, 但 前 者 增 加 警 覺 的 效 果 應 於 後 者, 因 此 仍 可 預 期 在 光 照 後, 各 變 項 可 能 會 出 現 差 異 最 後, 燈 架 的 部 分, 為 東 亞 照 明 公 司 所 生 產 的 獨 立 燈 架, 商 品 型 號 為 FS H 二 多 頻 道 睡 眠 記 錄 為 了 客 觀 地 評 估 光 照 對 睡 眠 的 影 響, 本 實 驗 分 析 了 參 與 者 入 睡 所 需 時 間 及 深 睡 期 的 時 間 多 頻 道 睡 眠 記 錄 的 儀 器 包 含 腦 波 記 錄 電 極 (C3 C4 O1 O2, 以 A1 A2 為 參 考 點 ) 眼 動 記 錄 電 極 上 下 顎 的 肌 電 圖 和 心 電 圖 的 測 量 等 睡 眠 記 錄 以 30 秒 為 一 頁, 採 廣 被 使 用 的 標 準 分 析 方 式 (Rechtschaffen & Kales, 1968), 分 析 參 與 者 關 燈 後 至 連 續 出 現 三 頁 睡 眠 的 入 睡 時 間, 以 及 前 兩 個 睡 眠 週 期 中 深 睡 期 的 時 間 深 睡 期 為 睡 眠 第 三 與 第 四 階 段 的 時 間 總 合 睡 眠 週 期 則 採 用 Feinberg 和 Floyd(1979) 研 究 中 的 定 義, 一 個 完 整 的 睡 眠 週 期 需 先 後 包 含 至 少 15 分 鐘 以 上 的 非 快 速 動 眼 期 ( 睡 眠 第 一 第 二 第 三 或 第 四 期 ) 以 及 五 分 鐘 以 上 的 快 速 動 眼 期, 但 第 一 個 睡 眠 週 期 中 的 快 速 動 眼 期 沒 有 最 短 時 間 五 分 鐘 的 限 制 另 外, 過 去 光 照 影 響 睡 眠 的 實 驗 雖 然 沒 有 分 析 腦 波 覺 醒 (EEG arousal), 但 此 變 項 與 深 睡 期 的 長 短 有 密 切 的 關 係, 過 多 的 腦 波 覺 醒 可 能 會 使 參 與 者 難 以 進 入 深 睡 的 階 段 或 容 易 從 深 睡 期 轉 換 至 睡 眠 第 一 或 第 二 階 段, 因 此 本 研 究 對 前 兩 個 睡 眠 週 期 中 的 腦 波 覺 醒 進 行 分 析, 採 美 睡 眠 醫 會 所 公 布 的 標 準 (Iber, Ancoli-Israel, Chesson, & Quan, 2007): 腦 波 覺 醒 為 腦 波 頻 率 發 生 突 然 的 改 變 且 必 需 持 續 3 秒 以 上, 另 外, 快 速 動 眼 期 中 的 腦 波 覺 醒 必 須 伴 隨 肌 肉 張 力 的 增 加 本 研 究 以 BrainVision Analyzer 程 式 (Brain Products, Inc., Munich, Germany) 39

40 對 參 與 者 光 照 期 間 和 夜 間 睡 眠 的 腦 波 進 行 頻 譜 分 析, 過 濾 50Hz 以 上 的 腦 波 (loss-pass filter) 及 0.3Hz 以 下 的 腦 波 (high-pass filter), 設 定 每 一 分 析 區 段 的 小 為 兩 秒, 區 間 重 疊 一 秒 為 了 避 免 眼 動 對 腦 波 產 生 的 干 擾, 出 現 眼 動 超 過 正 負 75μV 的 區 段, 會 被 視 為 雜 訊 (Artifact) 而 捨 棄 最 後 進 行 快 速 傅 立 葉 轉 換 (Fast Fourier Transform, FFT), 並 設 定 漢 尼 窗 (Hanning Window), 分 別 計 算 各 頻 率 腦 波 的 頻 譜 功 率 腦 波 記 錄 位 置 方 面, 將 以 C4 上 的 腦 波 進 行 分 析, 並 以 C3 與 的 資 料 做 為 備 用 清 醒 腦 波 的 部 分, 前 述 文 獻 回 顧 提 及 光 照 可 降 低 張 眼 Alpha Theta 或 Delta 波 的 活 動, 但 腦 波 被 光 照 影 響 的 頻 率 範 圍 有 些 不 一 致 的 狀 況 例 如 Lockley(2006) 的 研 究 比 較 460nm 和 550nm 光 照 後 的 腦 波, 結 果 發 現 前 者 Hz 腦 波 的 頻 譜 功 率 較 低, 但 Hz 的 高 頻 Alpha 波 活 動 較 高 ;Yokoi 等 人 (2003) 比 較 2500 勒 克 斯 的 亮 光 與 弱 光 情 境, 發 現 前 者 能 降 低 Theta 波 (4-8Hz) 的 活 動, 但 Alpha 波 (8-13Hz) 在 光 照 兩 小 時 後 的 亮 光 情 境 低 於 弱 光, 光 照 四 小 時 後 的 亮 光 情 境 Alpha 波 反 而 高 於 弱 光 情 境 ;Cajochen 等 人 (1998) 的 實 驗 發 現 9-12Hz 的 高 頻 Alpha 波, 在 5000 勒 克 斯 的 光 照 後, 其 活 動 顯 著 低 於 弱 光 情 境,5-9Hz 的 腦 波 雖 然 統 計 考 驗 不 達 顯 著, 但 在 光 照 後, 也 有 降 低 的 趨 勢 ; 另 外,Cajochen 等 人 (2000) 比 較 了 3190 勒 克 斯 230 勒 克 斯 的 室 內 燈 強 度 以 及 弱 光 的 效 果, 結 果 發 現 前 兩 者 5-9Hz 腦 波 的 頻 譜 功 率 顯 著 低 於 弱 光 情 境 綜 合 上 述 結 果, 本 研 究 在 清 醒 腦 波 的 部 分, 除 了 傳 統 的 Delta(4Hz 以 下 ) Theta(4-8Hz) Alpha(8-13Hz) 及 Beta(13-35Hz) 波 之 外, 還 另 外 分 析 5-9Hz 的 Theta- 低 頻 Alpha 波, 理 由 如 下 : 首 先, 由 前 述 實 驗 可 發 現,Alpha 波 或 Alpha 波 的 高 頻 部 分 在 光 照 後 有 很 的 變 異, 有 些 研 究 甚 至 出 現 相 反 的 結 果 第 二 是 本 實 驗 以 室 內 燈 強 度 的 光 源 進 行 研 究,Cajochen 等 人 (2000) 的 研 究 也 發 現 230 勒 克 斯 的 室 內 燈 強 度 能 降 低 Theta- 低 頻 Alpha 波 的 頻 譜 功 率 該 研 究 發 現 參 與 者 經 過 室 內 燈 強 度 的 光 照 後, 僅 5-9Hz 腦 波 的 頻 譜 功 率 發 生 變 化, 其 他 頻 率 範 圍 的 腦 波, 在 光 照 前 後 均 無 明 顯 變 化 40

41 睡 眠 腦 波 的 部 分, 同 樣 以 C4 位 置 上 的 腦 波 進 行 分 析, 並 以 C3 上 的 資 料 做 為 備 用 在 深 睡 時 間 的 分 析 上,Munch 等 人 (2006) 以 及 Cajochen 等 人 (1992) 的 實 驗 均 發 現 差 異 出 現 在 第 一 個 睡 眠 週 期 中, 但 Kozaki(2005) 等 人 的 研 究 比 較 了 不 同 色 溫 的 光 照, 其 深 睡 的 差 異 則 出 現 在 前 半 夜 本 實 驗 同 樣 使 用 不 同 色 溫 的 光 照, 預 期 深 睡 變 項 的 結 果 會 較 接 近 Kozaki(2005) 等 人 的 研 究, 因 此 以 前 兩 個 睡 眠 週 期 表 示 前 半 夜, 並 進 行 分 析 三 心 跳 速 率 本 研 究 以 多 頻 道 睡 眠 記 錄 中 的 心 電 圖 來 分 析 心 跳 速 率 首 先 計 算 參 與 者 光 照 期 間, 各 時 間 點 張 眼 不 動 三 分 鐘 內 的 心 跳 次 數, 不 滿 一 次 心 跳 的 非 整 數 部 分 將 直 接 剔 除, 並 將 上 述 心 跳 次 數 除 以 其 相 對 應 的 時 間, 得 到 平 均 每 分 鐘 心 跳 次 數 (beats per minute, BPM) 來 代 表 該 時 間 點 的 心 跳 速 率 四 The Karolinska Sleepiness Scale(KSS) 該 問 卷 為 九 點 量 表, 由 低 分 至 高 分, 分 別 是 非 常 警 覺 至 非 常 想 睡, 常 被 用 來 評 估 主 觀 想 睡 的 程 度 文 獻 支 持 該 量 表 分 數 與 許 多 生 理 指 標 的 變 化, 如 AAC Theta 和 Alpha 波 的 頻 譜 功 率 有 不 錯 的 一 致 性, 能 有 效 測 量 嗜 睡 程 度 (Kaida et al., 2006) 許 多 光 照 影 響 警 覺 的 研 究 中, 也 經 常 使 用 該 問 卷 量 表 見 附 錄 一 第 四 節 資 料 分 析 以 統 計 軟 體 SPSS 第 14 版 進 行 資 料 分 析 清 醒 腦 波 頻 譜 功 率 的 部 分, 分 別 以 Delta(0.5-4Hz) Theta(4-8Hz) Alpha(8-13Hz) Beta(13-35Hz) 以 及 Theta- 低 頻 Alpha 波 (5-9Hz) 佔 全 部 頻 譜 功 率 (0.5-35Hz) 的 百 分 比 來 進 行 考 驗, 計 算 方 41

42 式 為 各 時 間 點 上 述 腦 波 的 頻 譜 功 率, 除 以 同 一 時 間 點 的 總 頻 譜 功 率 睡 眠 腦 波 的 部 分, 是 將 前 兩 個 睡 眠 週 期 中 Delta 波 ( Hz) 的 頻 譜 功 率 除 以 基 準 線 Delta 波 的 頻 譜 功 率 後, 進 行 對 數 轉 換, 再 以 此 對 數 轉 換 後 的 數 值 (log ratios) 進 行 分 析 基 準 線 即 實 驗 當 晚 黏 貼 電 極 後, 開 始 進 行 光 照 前 要 求 參 與 者 維 持 固 定 姿 勢 所 進 行 的 腦 波 測 量 整 個 資 料 分 析 分 為 兩 部 分 第 一 部 分 為 光 照 對 清 醒 時 警 覺 程 度 和 相 關 生 理 指 標 的 影 響, 使 用 二 因 子 相 依 樣 本 變 異 數 分 析 對 KSS 分 數 前 述 各 腦 波 頻 譜 功 率 百 分 比 以 及 心 跳 速 率 進 行 綜 合 考 驗, 二 因 子 分 別 為 光 源 (3000K 5000K 和 弱 光 ) 及 時 間 點 ( 光 照 前 基 準 線, 光 照 及 180 分 鐘 後 ) 上 述 交 互 作 用 的 綜 合 考 驗 達 顯 著 後, 進 行 LSD 事 後 比 較, 分 析 光 照 和 180 分 鐘 後, 各 數 值 與 基 準 線 的 差 異 是 否 會 因 不 同 的 光 照 而 有 所 不 同 資 料 分 析 的 第 二 部 分 為 夜 間 睡 眠, 以 單 因 子 相 依 樣 本 變 異 數 分 析 進 行 考 驗, 分 析 不 同 光 照 後 入 睡 所 需 時 間 前 兩 個 睡 眠 週 期 中 深 睡 期 的 時 間 以 及 Delta 波 頻 譜 功 率 是 否 有 差 異 綜 合 考 驗 達 顯 著 後, 同 樣 進 行 進 行 LSD 事 後 比 較 42

43 第 四 章 研 究 結 果 第 一 節 參 與 者 人 口 統 計 資 料 本 實 驗 共 收 集 9 名 參 與 者, 男 生 3 人, 女 生 6 人, 年 齡 介 於 21 到 31 歲 之 間, 年 齡 平 均 為 歲, 標 準 差 3.29 歲 第 二 節 不 同 光 照 對 睡 前 主 觀 嗜 睡 程 度 的 影 響 不 同 光 照 下 KSS 分 數 在 各 個 時 間 點 與 基 準 線 的 差 異 分 數 詳 見 表 4-1, 圖 4-1 是 各 情 境 下 KSS 平 均 數 的 折 線 圖 本 研 究 以 相 依 樣 本 變 異 數 分 析 對 KSS 分 數 進 行 考 驗, 結 果 發 現 時 間 效 果 達 顯 著 差 異 (F(6,48)=15.61, p<.01, partial η 2 =.66), 事 後 比 較 顯 示 光 照 及 180 分 鐘 後 的 KSS 分 數 均 顯 著 高 於 光 照 前 的 基 準 線 (p<.05), 因 此 隨 著 就 寢 時 間 的 接 近, 參 與 者 主 觀 上 的 嗜 睡 程 度 是 變 高 的 此 外, 光 源 與 時 間 的 交 互 作 用 也 達 顯 著 差 異 (F(12,96)=2.58, p<.01, partial η 2 =.24), 所 以 主 觀 嗜 睡 程 度 隨 著 時 間 的 增 加 會 因 不 同 的 光 照 而 有 所 差 異, 進 一 步 交 互 作 用 的 事 後 比 較 發 現 弱 光 與 5000K 情 境 相 比, 前 者 在 光 照 及 180 分 鐘 後 的 KSS 分 數 增 加 量 皆 於 後 者 (p<.05, 效 果 量 Cohen, s d 分 別 為 );3000K 情 境 在 150 分 鐘 的 KSS 分 數 增 加 量 有 於 5000K 情 境 的 趨 勢 (p=.05,cohen, s d=.81), 其 效 果 量 達.80 以 上 的 效 果 ; 弱 光 與 3000K 情 境 相 比 則 無 任 何 差 異 43

44 圖 4-1. 不 同 光 照 與 不 同 時 間 點 的 KSS 分 數 表 4-1.KSS 分 數 在 各 個 時 間 點 與 基 準 線 的 差 異 分 數 5000K 3000K 弱 光 30 分 鐘 -.22(1.09).00(1.22).66(8.66) * 60 分 鐘.33(1.50).33(1.32).88(1.05) 90 分 鐘.00(1.93).88(1.61) 1.44(.88) * 120 分 鐘.44(1.94) 1.11(1.83) 1.88(1.26) * 150 分 鐘.88(1.76) 2.00(1.41) (1.50) * 180 分 鐘 1.11(1.61) 2.11(1.53) 2.88(1.26) * 註 : 平 均 數 ( 標 準 差 ) * 弱 光 >5000K(p<.05) +3000K>5000K(p<.1) 44

45 第 三 節 不 同 光 照 對 睡 前 腦 波 的 影 響 本 實 驗 以 C4 測 得 的 腦 波 進 行 分 析, 少 數 時 間 點 上 的 C4 腦 波 出 現 極 端 值 則 由 同 時 間 點 的 C3 腦 波 進 行 取 代 不 同 光 照 下 Delta Theta Alpha 和 Beta 波 頻 譜 功 率 百 分 比 相 對 於 基 準 線 的 差 異 分 數 詳 見 表 4-2 表 4-3 表 4-4 及 表 4-5, 圖 4-2 圖 4-3 圖 4-4 及 圖 4-5 是 各 情 境 平 均 數 的 折 線 圖 本 研 究 以 二 因 子 相 依 樣 本 變 異 數 分 析 對 頻 譜 功 率 百 分 比 進 行 考 驗, 發 現 Delta 波 的 時 間 效 果 不 達 顯 著 (F(6,48)=.81, p=.56, partial η 2 =.09), 但 Theta Alpha 和 Beta 波 的 時 間 效 果 分 別 都 達 統 計 上 的 顯 著 (F(6,48)=3.29, p<.01, partial η 2 =.29 ; F(6,48)=3.07, p<.05, partial η 2 =.27 ; F(6,48)=2.51, p<.05, partial η 2 =.24),Theta 波 和 Alpha 波 的 事 後 比 較 顯 示 其 百 分 比 在 光 照 及 180 分 鐘 後 均 顯 著 高 於 光 照 前 的 基 準 線 (p<.05), 而 Beta 波 百 分 比 在 光 照 120 及 150 分 鐘 後 顯 著 低 於 光 照 前 的 基 準 線 (p<.05), 因 此 隨 著 就 寢 時 間 的 接 近, 參 與 者 Theta 和 Alpha 波 的 百 分 比 會 逐 漸 增 加, 而 Beta 波 則 逐 漸 降 低 光 源 與 時 間 的 交 互 作 用 上,Delta Alpha 和 Beta 波 的 綜 合 考 驗 皆 無 顯 著 差 異 (F(12,96)=1.51, p=.13, partial η 2 =.15 ; F(12,96)=1.24, p=.26, partial η 2 =.13 ; F(12,96)=1.00, p=.45, partial η 2 =.11), 而 Theta 波 在 交 互 作 用 上 出 現 接 近 顯 著 的 趨 勢 (F(12,96)=1.75, p=.06, partial η 2 =.18) 本 研 究 另 外 分 析 了 Theta- 低 頻 Alpha 波 (5-9Hz) 的 頻 譜 功 率 百 分 比, 其 相 對 於 基 準 線 的 差 異 分 數 詳 見 表 4-6, 圖 4-6 是 各 情 境 平 均 數 的 折 線 圖 二 因 子 相 依 樣 本 變 異 數 分 析 的 結 果 發 現 時 間 效 果 達 顯 著 差 異 (F(6,48)=4.99, p<.01, partial η 2 =.38), 事 後 比 較 顯 示 光 照 及 180 分 鐘 後 的 Theta- 低 頻 Alpha 波 百 分 比 均 顯 著 高 於 光 照 前 的 基 準 線 (p<.05), 因 此 參 與 者 Theta- 低 頻 Alpha 波 會 隨 著 就 寢 時 間 的 接 近 而 增 加 此 外, 光 源 與 時 間 的 交 互 作 用 也 達 顯 著 差 異 (F(12,96)=1.93, p<.05, partial η 2 =.19), 所 以 Theta- 低 頻 Alpha 波 隨 著 時 間 的 增 加 會 因 不 同 的 光 照 而 有 所 差 異, 事 後 比 較 發 現 唯 一 的 差 異 出 現 在 光 照 180 分 鐘 45

46 後, 弱 光 情 境 的 Theta- 低 頻 Alpha 波 增 加 量 顯 著 於 5000K 情 境 (p<.05,cohen, s d=1.33),3000k 與 5000K 情 境 相 比 以 及 弱 光 與 3000K 情 境 相 比 皆 無 任 何 統 計 顯 著 的 差 異 圖 4-2. 不 同 光 照 與 不 同 時 間 點 Delta 波 的 頻 譜 功 率 百 分 比 46