恒挚分享 | 脑电技术在室内照明环境中的应用

随着科学、技术和生活水平的进步，对建筑中高质量室内环境的需求越来越大。鉴于视觉信息占日常外部信息摄入量的90%以上，照明作为视觉信息的关键组成部分，起着至关重要的作用。长时间暴露在不合标准的照明条件下可导致视觉疲劳、头痛、注意力不集中、操作失误率增加等等。目前的研究主要集中在照明参数上，包括光谱、照度、相关色温和照明设置，这些参数的标准仅提供了满足活动需求的基本值，没有充分考虑用户的舒适度和健康需求，这可能与照明评估未能有效反映室内光环境对个体心理反应的影响有关。光环境评价主要包括主观问卷、访谈和行为测试。然而，这些数据大多存在时间滞后等问题。生理测量技术的进步使人们能够收集有关光环境如何影响个体心理生理反应的即时数据。

光通过视网膜中的感光器转化为电信号，然后通过视神经纤维传递到大脑，最终传递到大脑皮层。然而，脑电技术可以记录大脑皮层的电生理活动。本文概述了过去20年室内照明环境中脑电技术的使用，旨在突出该领域取得的进展，以及该领域未来的研究和应用方向。

当受到光环境刺激时，细胞膜上的离子通道（Na+和K+）变得活跃。神经元在静息态时和兴奋状态之间努力实现动态平衡，导致大脑中神经元群产生节律波动，这些节律波动为研究光环境提供了客观有效的方法。脑电信号的采集根据国际10-20系统将电极放置在被试头皮上。为了提高数据的准确性，可以选择更多的电极，但一些研究仅选择部分电极，来提高被试的舒适度和实验效率。总而言之，原则上电极应均匀分布在头皮上。

脑电信号是采集放大后电位的波形，根据波形的形状和时间特征区分不同的事件相关电位（ERP），特定ERP的振幅和延迟可用在光环境研究的分析中。振幅与光刺激引发大脑反应强度相关，而潜伏期与大脑对光刺激的处理速度有关。研究表明，可以从脑电图中获得外部刺激与大脑神经系统在时间序列上的相互作用。因此，脑电可以深入了解照明环境如何影响个体的心理 、生理反应和行为变化。

该章节主要总结和综述了脑电图在评估室内光环境的作用，其强调了脑电图在评估室内光环境条件方面的有效性，特别是关于光谱、照度、色温和照明模式如何影响大脑活动。

对于光环境研究，主要有三个子类，其一侧重于室内光环境对警觉性的影响。警觉性是神经系统对外部环境变化的反应，与大脑中的神经活动和化学物质的释放密切相关。其二侧重于使用脑电图评估室内照明对认知活动表现的影响。当大脑从光环境接收到刺激时，大脑会发出指令，在认知过程中大脑会重新分配注意力资源，从而影响认知表现。其三是基于脑电信号与主观感知之间的强关联性，研究室内光环境对舒适度的影响。

尽管很多理论研究已经揭示了室内光环境中脑电信号对个体的影响，但在现实世界中的应用却很少。研究表明，在光环境如何影响舒适度和行为方面存在个体差异。为了提高舒适度和能源效率，未来有必要构建个性化的室内光环控制系统。