人类该如何更好地适应人工照明和闹钟带来的“非自然”世界？
日落之后的灯光，让人体以为仍然身处白天，延缓了“生物学”夜晚的开始
伊丽莎白·克勒曼（Elizabeth Klerman）登上火车准备去波士顿布莱汉姆妇科医院上班，火车上的乘务员好几个小时前，四点钟天还没亮就起床，赶第一班火车工作。这样的时间安排有些过分，但和很多人的昼夜节律相比，其生理的和新陈代谢的活动模式和太阳的升起落下基本一致。
研究人类睡眠模式的克勒曼说：“有些人一直生活工作在个人昼夜节律和生物时钟的非正常关系中。”我们很多人都经历过时差，与个人生物钟不协调的状态。但对那些经常轮班的工人和其他“非正常”工作惯例的人来说，这种不同步每天都在发生，会导致长期的睡眠不足。研究者们目前正着力研究此类问题的广泛性和严重性，并希望能找到一些办法重置人体时钟。
时间机器
很多人体组织都有它们自己的时间表，由体内无数的“生物钟基因”构成庞大的网络，周而复始地循环。英国萨里大学睡眠研究中心的主任德克-简·狄克（Derk-Jan Dijk）表示：“整个人体就是一个时钟。人体的这个房子里，每个房间每个角落都有时钟，只是不同的时钟以各自的方式有序地运行。”这些多方位的“外围钟摆”的用时可以深入地影响新陈代谢、免疫细胞增殖，以及其他众多的重要功能。有一核心的神经调节器使身体有白天的概念，这就是：视交叉上核，位于下丘脑的一组神经细胞。
当眼部的黑视素受体察觉到光，视交叉上核被激活，开始一系列有节奏的生理反应，包括抑制松果腺产生褪黑激素。进行体育活动或者改变进食时间能够改变外围钟摆，但大多数的研究表明，置身光线中是目前视交叉上核产生生理节奏的最重要的决定因素。英国萨里大学研究时间生物学的黛布拉·斯基恩（Debra Skene）说：“如果你查看人类的数据，每次他们提出锻炼或食品会改变生物钟，他们同时也提出光线可能也与此有关联。”
光线对于昼夜节律产生显性影响，但其他的因素也发挥着作用。一小组缺乏黑视素受体的盲人仍然能够通过外在的线索和个人的生活风格保持个人的昼夜节奏的周期转换。然而，人体的时间表会被经历几个时区的行程所破坏，因为人们需要较长的一段时间在没有光线的辅助下来重新适应环境。但也有一些盲人没法转换昼夜节奏。斯基恩说：“他们晚间睡觉因为有人让他们那个时候去睡觉，因此他们的睡眠时间短、质量差；到午饭的时间他们的生物钟系统开始提醒他们该去睡觉。然后我们就发现他们非常疲倦，他们打瞌睡，状态不佳。”
本 能
人类是昼行性动物，所以白天表现活跃，晚上休息。但睡眠时间的选择个体差异极大，即使是在一个人一生中的不同阶段也存在差异，差异在于是早起，还是晚睡。
研究者们仍在试图找到一个最佳方法，来测量一个人内部生物钟其固有的时机。作为“生物夜晚”的指标，各种体液中的褪黑激素水平能够向研究者提供信息，监控某个个体的视交叉上核周期。但这需要在不同阶段重复获取体液样本，因此不适用对规模人口的研究。相反，大多数研究睡眠的工作者主要还是依赖对人们自述睡眠习惯的调查。
规模最大的一次睡眠习惯的调查是由德国慕尼黑大学蒂尔·伦纳伯格（Till Roenneberg）组织的睡眠类型问卷调查(MCTQ)，全球的参与者超过15万人。他的团队设计了网上在线调查，请人们描述一天下来睡眠行为的时间，包括正常的工作日、学习日、周末或者节假日。通过描述个人睡眠模式的特征，即伦纳伯格称之的“睡眠类型”，有可能将先前只在轶事水平观察到的行为量化，例如早起的孩子和睡懒觉的青少年的倾向性。“我们已经能够说明从童年向青春期的过程中生物钟的明显推迟，女性在19岁半，男性在21岁的时候达到生物钟最晚的高峰，在这个年龄之后人们又会早起，直到他们老去。”
闹钟休克
MCTQ问卷的数据让人们更深入地了解，在人工照明、工业化世界的生活和工作中，人体的生物学发生了变化。伦纳伯格和其他研究者评测了农村和城市的人口，结果表明，现代生活改变了人们昼夜的睡眠模式。伦纳伯格解释说：“如果我们都是农民，一整天在外劳作，睡眠类型只会改变三到四个小时。但自从很多人主要从事室内工作，日落后使用人工照明，我们的生物钟接收不到强烈的同步信号，所以现在的睡眠类型也就延长到了12个小时。”
昼夜节奏不同步的情况在那些因工作安排导致长期夜生活的人群中非常严重。狄克说：“他们置身于非常复杂的光－暗周期，夜间用人工照明，但在回家或上班途中还能看到一些自然光亮。大多数从事白天晚上轮班工作的人，他们的核心生物钟并不适应。”
伦纳伯格的小组发现，昼夜节律不同步的现象无处不在。很多现代人能很好地适应两种不同的时间表:工作日靠闹钟，周末参加社交活动，“睡到自然醒”，这种扰乱用他的话叫做“社交时差”。伦纳伯格说：“对很多人来说，好像是周五的晚上他们从欧洲飞到美国，周一早上又回来，因为他们的移位太大。”这种脱节开始于青春期，那时候我们的生物钟达到最晚的苏醒时间，然后接着一直延续到退休年龄。
有些人因为轮班工作或者因为社交时差，时间表与自身内在的生物节奏不一致，他们往往表现出慢性的睡眠受限的信号，亦或危害到工作表现和整个健康状况。狄克说：“醒着的时候，你会出现无法保持注意力集中的问题。你会感觉更困，出现工作记忆的中断，在整个认知领域你都会看到所造成的影响。”
从长远来看，如此的不同步会恶化心血管疾病、肥胖症以及其他健康问题的风险。得克萨斯大学达拉斯西南医学中心研究昼夜节律的约瑟夫·高桥（Joseph Takahashi）说：“在我们‘时钟基因’突变的动物模式中，我们发现了糖尿病以及肥胖和新陈代谢紊乱的倾向。”好几项研究都发现，轮班工人和其他从事与自身内在昼夜节律不吻合工作的个体之间存在相似的联系。这些发现“并不一定意味着会有直接的健康隐患”，用狄克的话说，“但是我们很快能看到在你昼夜节律周期的不合适时间段里，你熟睡或者苏醒的后果。”
蓝色为道
夜晚，人工照明继续激活视交叉上核，干扰褪黑激素的自然释放，褪黑激素能够预示生物夜晚的开始。但不是所有的光都同等刺激视交叉上核。斯基恩和一些研究者认为，特定的波长是特别重要的“觉醒”信号。她说：“我们观察了460-480毫微米之间波长的最高感光度，呈现一种美丽的深蓝。”相比之下，红光对黑视素受体的影响微弱，也不太会刺激觉醒。因此，调整人们所处环境中的蓝色和红色光线的相对水平，即使是更长时间置身于人工照明下，也可以保持正常的昼夜周期时间。
克勒曼与他在波士顿布莱汉姆妇女医院的同事史蒂文·洛克利（Steven Lockley），以及宾夕法尼亚州托马斯杰斐逊大学的乔治·布雷纳德（George Brainard）合作，在另一极端环境下检测这一方法：国际空间站。长期独居在狭小空间里给宇航员们带来很多问题，他们也经历了空间站90分钟的轨道时间导致的混乱的光－暗周期。洛克利说：“时间太短，我们的昼夜周期系统无法同步。身体时钟开始自由进行运转，就像盲人那样。”这更无法有效地与那些遵照各种各样地球时间的人相互协作，比如在美国的太空航行地面指挥中心，或者刚从俄罗斯回来的机组成员。
洛克利和同事们之前表示，蓝光有助于同步凤凰号火星探测器执行任务的人员在火星上的时间。研究者们目前在探索可编程的LED（发光二极管）系统，可以必威在线网站首页网址 地在24小时周期里，将多蓝光的白光转换成多红光的白光。洛克利说：“我们正在研究更快地改变人们的节奏，将他们的机警保持在更佳的水平。”
这一技术可能在宇宙飞船、潜水艇或者南极研究基地等极端环境的地区最有价值，但更广泛的潜力也显而易见。电子企业菲利普公司是其中之一，他们为家庭、学校、办公室开发研制可控的必威在线网站首页网址 光源，这些地方天亮和午后需要蓝色波长，傍晚开始要转换成红色波长。
节奏剂量
这些照明系统是否对那些睡眠类型多变的人有用，这点尚无所知，但调节昼夜节奏的药物可以提供更个性化的方法。褪黑激素自身可能不足以让人睡觉，但它能帮助身体做好睡眠的准备，已有证据表明它能够影响睡眠的时机。克勒曼认为：“目前普遍达成的共识是，如果应用恰当，褪黑激素能够移相昼夜节律。”事实上，研究工作的进展表明，适当的褪黑激素剂量和合理的光线照射结合起来，可以解决与时差和轮班相关的昼夜节奏问题。
在欧洲，褪黑激素需要处方，但在美国一般的保健食品商店里可以随意购买。然而，美国食品和药品管理局对于所谓的“天然膳食补充剂”的质量和成份监管有限，因此对美国消费者来说很难获得正确的剂量。要更可靠一点的话，几家药品公司正研发与褪黑激素疗效相似的合成试剂，他司美琼就是其中之一，由华盛顿特区的范达医药公司研制开发。克勒曼和他的团队发现，他司美琼能改善常规时间产生了变化的研究对象的睡眠质量，目前已经进入III期临床试验，针对一些缺乏黑视素受体的盲人。用克勒曼的话说，这些人“反复出现时差反应，因此他们是理想的研究对象，你就想用褪黑激素激动剂来调节其周期。”
过去两年中，还有其他几种生理调节剂被发现。佛罗里达州斯克里普斯研究所的药物学研究专家托马斯·贝尔雷斯（Thomas Burris）和他的同事们确认了两种合成物，作为时钟基因活动的关键调节剂来改变睡眠周期。这两种合成物SR9009和SR9011也影响到实验鼠的体重增加和新陈代谢。高桥说：“能重置生物钟的小分子可以更快地让人从时差中恢复过来。”高桥与贝尔雷斯团队合作，在加利福尼亚州伯林盖姆运营一家名为Reset Therapeutics的生理节奏药物研发公司。他补充说道，生理药物可以治疗与失衡生物钟有关的各类新陈代谢疾病，也能帮助老年人减轻睡眠问题带来的折磨。
然而，这些药物是否是解决习惯性的、与生活方式有关的时差的合适方案，这点并不清楚。伦纳伯格表示：“生病的时候要吃药的。但使用药物来调节人类与社会生活之间的关系，我觉得不合适。”除此之外，他建议工作计划的设计要满足个体的员工和他们独特的睡眠类型，这可以通过像MCTQ这样的问卷来确定。
人性化时间安排
好几个行业已经开始使用更智能的时间安排，并培训使用一些方法能够最大限度地保证员工的身体健康、工作表现和工作绩效。像宝洁和高盛这样的大公司基于生理周期的研究结果，已启用“睡眠卫生”项目，旨在使自己的员工反应更敏锐，比如他们训练员工优化个人的睡眠时间安排，睡觉时间之前关闭笔记本电脑和电子书等等。这样的举措对那些全天候运作的企业尤为重要，尤其在像矿业和制造业这种疲劳工作会致命的工作岗位。在航空业，美国联邦航空管理局最近采用了“疲劳风险管理系统”，用于改善航空出行的安全性，该系统对工作时间的安排做出细致的管理规定，设定强制休息时间，将机组人员的疲劳降到最低限度。
但是，勒克曼提出质疑，认为训练公众让他们调整自身以适应与生物钟不一致的作息安排的做法并不明智。他说：“需要我们有一周7天，一天24小时的环境，比如提供健康和安全的服务部门，我们应该去做。但需要认真思考，我们真的需要24小时营业的超市或电视节目吗？”
为了帮助人们既能最好地睡眠，又生活得幸福富足，我们需要知道自然的人类睡眠模式究竟如何，我们的生活方式该如何与之相容。但这需要更多的数据信息。有几个研究小组目前正在亚利桑那州的前工业化社区，希望更好地理解在非电的世界里人类自然的生物钟是怎样的。与此同时，伦纳伯格希望能够在MCTQ的基础上启动更广泛的人类睡眠项目，将前沿的睡眠研究人员召集起来，在人口规模下研究生理周期节律和睡眠模式的特征。
早晨四点起床工作对于像勒克曼这样的火车乘务员来说可能终不会是自然规律，但更深入地理解睡眠管理可以改进类似的工作安排，并使人们从周末到工作日的生活方式转换更协调。伦纳伯格表示：“我们需要巨大的数据库，数百万的人提供他们日常生活的数据。一旦有一天我们理解了它，我们就能够改变身处的社会和科技，这样人们可以在他们合适的、个人的睡眠世界里安心睡觉。”
资料来源Nature
责任编辑 彦 隐