作者 | 博超
如何在入夜后获得光照曾经是困扰人类数千年的难题。从原始社会到农业社会，通过燃烧木材和油脂来获得光照曾经是人类孜孜以求的照明方式，进入工业社会以后，发电技术和照明技术的革新为人类度过黑夜创造了新的方式。现如今身处信息社会，我们可能正经历着有史以来黑夜里最严酷的考验“夜晚光照”。
夜晚，从黑暗走向光亮！
美国航天局/NASA对地球表面夜晚光照连续跟拍1个月后得到的卫星图，其中北美洲、西欧、东南亚、印度部分地区夜晚最为明亮。
美国航天局/NASA通过空间站卫星拍摄到西班牙和葡萄牙所在伊比利亚半岛的夜晚光照
白色光，从自然光向人造光不断进化
白色光是大自然和人类社会的宠儿，它一般由两种（蓝光 黄光）或三种（蓝光 绿光 红光）不同波长的光混合而成。自然光中的阳光、月光和人造光中的白炽灯灯光一般由连续光谱组成，其可见光部分由红橙黄绿青蓝紫七色光汇聚而成，而日光灯所散发的白光由红绿蓝三色荧光汇聚而成，LED灯散发的白光由蓝光和黄光（黄色荧光粉激发）组成，或由紫外光激发荧光粉（红绿蓝三基色）产生的红绿蓝三色组成。
1878年，Joseph Wilson在英国首次取得了白炽灯专利权，1879年，Thomas Alva Edison在美国首次制成了碳化纤维白炽灯，此后数年，两人为白炽灯的专利问题纠缠不休，1883年两人就白织灯专利的问题达成庭外和解，并在英国合伙建立了Ediswan电灯公司，将电光源送进了千家万户。1974年，荷兰飞利浦公司研制出更高效发光的荧光灯/日光灯，通过将红、绿、蓝三色荧光粉按比例混合成三基色荧光粉来产生白色光，科学界再次实现了光源发光效率和节能效率的提升。1993年，日本科学家中村修二研发出全球首个散发蓝光的二极管/LED，补齐了LED可见光光谱中的蓝色光，为工业制造低能耗高亮度的白光LED奠定了里程碑式的基础，并藉此获得了2014年诺贝尔物理学奖[1]。
从户内到户外，LED灯无处不在
白光LED灯的发明和推广具有历史性的深刻意义[2]，它的寿命是白炽灯和日光灯的3-25倍，能耗却仅为白炽灯的15%、日光灯的60%，与日光灯相比，非水银的结构使用也更为安全。从2009年到2016年，美国LED灯的安装量就从40万激增到2亿个以上，仅2014年一年，LED灯在美国的大面积推广就节省了14亿美元的能源消耗，减少了710万吨CO2排放，为环境保护和能源效率提升做出了巨大贡献。与此同时，包括中国、美国、欧盟、日本、澳大利亚、加拿大在内的许多国家纷纷开始通过立法或行政命令的方式来淘汰高能耗的白炽灯和日光灯。
作为节能设备，LED灯的身影频繁地出现在户外和室内办公、娱乐和照明系统之中，从智能手机、平板电脑、阅读器、MP3播放器等电子设备，到电脑、电视、游戏机、车载显示屏，再到公路交通指示牌、照明路灯和公共照明系统，LED灯都扮演着无可替代的照明作用。
视黑素细胞，昼夜节律的前沿哨所
1723年，法国天体物理学家Jean-Jacques d’Ortous de Mairan在含羞草上观察到植物昼夜节律的存在，此后科学家在其他植物、动物上也观察到昼夜节律的存在[3]。2017年3位美国科学家Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash和Michael W. Young因为发现“调控昼夜节律的分子机制”而分享了当年的诺贝尔生理学或医学奖[4]。
视交叉上核SCN作为昼夜节律的起搏器，能感知光信号的变化来调节人体内部的生物钟，分子生物学的研究证明：周期基因Per和发条基因timeless的表达与昼夜节律调控直接相关。表达视黑素（melanopsin）的视网膜神经节细胞（以下简称为视黑素细胞）在视觉信息传达中不承担成像功能，但它能敏锐地觉察环境中的光亮度变化，在视觉非成像功能中发挥重要调节作用，例如：激活昼夜节律、抑制褪黑素分泌、维持觉醒、调节睡眠、改变瞳孔的对光反射[2]。
蓝光，昼夜节律的转换器
视黑素细胞作为传导昼夜节律信息的前沿阵地，对不同波长的光敏感性不同，它能在480nm的蓝光刺激下激活昼夜节律，在460nm的蓝光刺激下抑制褪黑素分泌[2]。阳光、月光、星光由连续光谱的混合光组成，其主导波长在一天中的不同时间段不断变化，黎明后主导波-蓝光能唤醒昼夜节律，黄昏后主导波-红光能促进昼夜节律沉睡。白炽灯和日光灯亦由连续波长的光混合而成，其稳定发光时的主导波长为574nm绿光，与视觉成像神经元的敏感波长555nm绿光最为接近[2]，LED灯白光一般由蓝光和黄光混合而成，其主导波长为488nm的蓝光，与视黑素细胞敏感性波长480nm和460nm蓝光最为接近。蓝光作为智能手机LED背光灯的主要成分，无疑会在夜晚极大地唤醒由清醒转向沉睡的昼夜节律。
移动互联网技术推动了LED灯在各类数字设备中的广泛使用，与过往相比智能手机的普及使更多人在夜晚暴露在蓝光照射之下。科学家对在夜晚使用智能手机的年轻志愿者进行了广泛调查，发现：在夜晚经过蓝光照射后，志愿者的体内的睡眠促进物质-褪黑素分泌减少，睡意减少觉醒程度提高，认知水平提升，但夜间睡眠也变得更加紊乱[2]。与成年人相比，夜晚的蓝光照射对儿童和青少年影响更大，meta分析显示在夜晚使用电子设备与睡眠不足直接相关。值得一提的是，充足的睡眠是青少年神经系统发育的重要保证，长期缺觉可能是许多青少年脾气暴躁、学习低效率的直接原因[3]。
睡眠紊乱或与精神疾病互为因果
照明系统中蓝光的日益盛行与志愿者的昼夜节律扰乱有着密不可分的关系。瞳孔对光反射常用来检测瞳孔的活动功能，研究发现：入睡较晚的人蓝光照射后瞳孔对光反射更为强烈[2]。许多季节性情感障碍的患者在不同季节会呈现不同强度的瞳孔对光反射，而这与视黑素基因的表达变化密切相关。临床研究对各年龄阶段的精神疾病患者进行调查均发现[2]：从少年儿童到中老年人，各类精神疾病（焦虑症、阿尔兹海默症、酗酒、进食障碍）都与睡眠紊乱同时出现，此外许多情感障碍和创伤性后遗症的患者也都存在类似的睡眠紊乱。
总结一下
人类文明的不断进化使夜晚变得越来越亮，LED蓝光的发明推广为能源效率提升铺平了广阔的道路，入夜后昼夜节律的前沿哨所-视黑素细胞，会在蓝光的刺激之下不断唤醒沉睡的昼夜节律，为睡眠紊乱和精神疾病埋下了重大隐患。
在夜晚放下手机，是对睡眠最好呵护。
参考文献
[1] Nobel Prize. 2014. The Nobel Prize in physics 2014: popular information. http://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
http://www.nobelprize.org/prizes/medicine/
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