1、 ISBN 978 3 901906 76 3 OCULAR LIGHTING EFFECTS ON HUMAN PHYSIOLOGY AND BEHAVIOUR CIE 158:2009 (including Erratum 1) UDC: 612.014.481-06 Descriptor: Optical radiation effects on human THE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION The International Commission on Illumination (CIE) is an organisation d
2、evoted to international co-operation and exchange of information among its member countries on all matters relating to the art and science of lighting. Its membership consists of the National Committees in 37 countries and one geographical area and of 5 associate members. The objectives of the CIE a
3、re : 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. 5. To provide an international forum for the discussion of all matters relating to the science, technology and art in the fields of light and lighting and for the interchange of information in these fields between countries. To develop basic standards a
4、nd procedures of metrology in the fields of light and lighting. To provide guidance in the application of principles and procedures in the development of international and national standards in the fields of light and lighting. To prepare and publish standards, reports and other publications concern
5、ed with all matters relating to the science, technology and art in the fields of light and lighting. To maintain liaison and technical interaction with other international organisations concerned with matters related to the science, technology, standardisation and art in the fields of light and ligh
6、ting. The work of the CIE is carried on by seven Divisions each with about 20 Technical Committees. This work covers subjects ranging from fundamental matters to all types of lighting applications. The standards and technical reports developed by these international Divisions of the CIE are accepted
7、 throughout the world. A plenary session is held every four years at which the work of the Divisions and Technical Committees is reviewed, reported and plans are made for the future. The CIE is recognised as the authority on all aspects of light and lighting. As such it occupies an important positio
8、n among international organisations. LA COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE La Commission Internationale de lEclairage (CIE) est une organisation qui se donne pour but la coopration internationale et lchange dinformations entre les Pays membres sur toutes les questions relatives lart et la scien
9、ce de lclairage. Elle est compose de Comits Nationaux reprsentant 37 pays plus un territoire gographique, et de 5 membres associs. Les objectifs de la CIE sont : De constituer un centre dtude international pour toute matire relevant de la science, de la technologie et de lart de la lumire et de lcla
10、irage et pour lchange entre pays dinformations dans ces domaines. Dlaborer des normes et des mthodes de base pour la mtrologie dans les domaines de la lumire et de lclairage. De donner des directives pour lapplication des principes et des mthodes dlaboration de normes internationales et nationales d
11、ans les domaines de la lumire et de lclairage. De prparer et publier des normes, rapports et autres textes, concernant toutes matires relatives la science, la technologie et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. De maintenir une liaison et une collaboration technique avec les autres o
12、rganisations internationales concernes par des sujets relatifs la science, la technologie, la normalisation et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. Les travaux de la CIE sont effectus par 7 Divisions, ayant chacune environ 20 Comits Techniques. Les sujets dtudes stendent des question
13、s fondamentales, tous les types dapplications de lclairage. Les normes et les rapports techniques labors par ces Divisions Internationales de la CIE sont reconnus dans le monde entier. Tous les quatre ans, une Session plnire passe en revue le travail des Divisions et des Comits Techniques, en fait r
14、apport et tablit les projets de travaux pour lavenir. La CIE est reconnue comme la plus haute autorit en ce qui concerne tous les aspects de la lumire et de lclairage. Elle occupe comme telle une position importante parmi les organisations internationales. DIE INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION D
15、ie Internationale Beleuchtungskommission (CIE) ist eine Organisation, die sich der internationalen Zusammenarbeit und dem Austausch von Informationen zwischen ihren Mitgliedslndern bezglich der Kunst und Wissenschaft der Lichttechnik widmet. Die Mitgliedschaft besteht aus den Nationalen Komitees in
16、37 Lndern und einem geographischen Gebiet und aus 5 assoziierten Mitgliedern. Die Ziele der CIE sind : Ein internationaler Mittelpunkt fr Diskussionen aller Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik und fr den Informationsaustausch auf diesen Gebieten zwischen den ei
17、nzelnen Lndern zu sein. Grundnormen und Verfahren der Metechnik auf dem Gebiet der Lichttechnik zu entwickeln. Richtlinien fr die Anwendung von Prinzipien und Vorgngen in der Entwicklung internationaler und nationaler Normen auf dem Gebiet der Lichttechnik zu erstellen. Normen, Berichte und andere P
18、ublikationen zu erstellen und zu verffentlichen, die alle Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik betreffen. Liaison und technische Zusammenarbeit mit anderen internationalen Organisationen zu unterhalten, die mit Fragen der Wissenschaft, Technik, Normung und Kunst
19、 auf dem Gebiet der Lichttechnik zu tun haben. Die Arbeit der CIE wird in 7 Divisionen, jede mit etwa 20 Technischen Komitees, geleistet. Diese Arbeit betrifft Gebiete mit grundlegendem Inhalt bis zu allen Arten der Lichtanwendung. Die Normen und Technischen Berichte, die von diesen international zu
20、sammengesetzten Divisionen ausgearbeitet werden, sind von der ganzen Welt anerkannt. Tagungen werden alle vier Jahre abgehalten, in der die Arbeiten der Divisionen berprft und berichtet und neue Plne fr die Zukunft ausgearbeitet werden. Die CIE wird als hchste Autoritt fr alle Aspekte des Lichtes un
21、d der Beleuchtung angesehen. Auf diese Weise unterhlt sie eine bedeutende Stellung unter den internationalen Organisationen. Published by the COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE CIE Central Bureau Kegelgasse 27, A-1030 Vienna, AUSTRIA Tel: +43(01)714 31 87 0, Fax: +43(01)714 31 87 18 e-mail: cie
22、cbcie.co.at WWW: http:/www.cie.co.at/cie/ CIE 2009 All rights reserved ISBN 978 3 901906 76 3 OCULAR LIGHTING EFFECTS ON HUMAN PHYSIOLOGY AND BEHAVIOUR CIE 158:2009 (including Erratum 1) UDC: 612.014.481-06 Descriptor: Optical radiation effects on human CIE 158:2009 This Technical Report has been pr
23、epared by CIE Technical Committee 6-11 of Division 6 “Photobiology and Photochemistry” and has been approved by the Board of Administration of the Commission Internationale de lEclairage for study and application. The document reports on current knowledge and experience within the specific field of
24、light and lighting described, and is intended to be used by the CIE membership and other interested parties. It should be noted, however, that the status of this document is advisory and not mandatory. The latest CIE proceedings or CIE NEWS should be consulted regarding possible subsequent amendment
25、s. Ce rapport technique a t labor par le Comit Technique CIE 6-11 de la Division 6 “Photobiologie et Photochimie” et a t approuv par le Bureau de la Commission Internationale de lEclairage, pour tude et emploi. Le document expose les connaissances et lexprience courantes dans le domaine particulier
26、de la lumire et de lclairage dcrit ici. Il est destin tre utilis par les membres de la CIE et par tout les intresss. Il faut cependant noter que ce document est indicatif et non obligatoire. Il faut consulter les plus rcents comptes rendus de la CIE, ou le CIE NEWS, en ce qui concerne des amendement
27、s nouveaux ventuels. Dieser Technische Bericht ist vom CIE Technischen Komitee 6-11 der Division 6 “Photobiologie und Photochemie” ausgearbeitet und vom Vorstand der Commission Internationale de lEclairage gebilligt worden. Das Dokument berichtet ber den derzeitigen Stand des Wissens und Erfahrung i
28、n dem behandelten Gebiet von Licht und Beleuchtung; es ist zur Verwendung durch CIE-Mitglieder und durch andere Interessierte bestimmt. Es sollte jedoch beachtet werden, da das Dokument eine Empfehlung und keine Vorschrift ist. Die neuesten CIE-Tagungsberichte oder das CIE NEWS sollten im Hinblick a
29、uf mgliche sptere nderungen zu Rate gezogen werden. Any mention of organisations or products does not imply endorsement by the CIE. Whilst every care has been taken in the compilation of any lists, up to the time of going to press, these may not be comprehensive. Toute mention dorganisme ou de produ
30、it nimplique pas une prfrence de la CIE. Malgr le soin apport la compilation de tous les documents jusqu la mise sous presse, ce travail ne saurait tre exhaustif. Die Erwhnung von Organisationen oder Erzeugnissen bedeutet keine Billigung durch die CIE. Obgleich groe Sorgfalt bei der Erstellung von V
31、erzeichnissen bis zum Zeitpunkt der Drucklegung angewendet wurde, ist es mglich, da diese nicht vollstndig sind. CIE 2009 All rights reserved II CIE 158:2009 The following members of TC 6-11, “Systemic Effects of Optical Radiation on the Human” took part in the preparation of this technical report.
32、The committee comes under Division 6 “Photobiology and Photochemistry”. Members: Jennifer A. Veitch (Chair) Canada Gerrit van den Beld the Netherlands George Brainard USA Joan E. Roberts USA Acknowledgements: The committee would like to thank those who, although not members of the committee, contrib
33、uted or reviewed sections of this report: D. Blask, S. W. Lockley, I. Provencio, and A. Wiechmann. Illustrations were provided by: G. Franche, D. Hobbs, C. Reinhart, D. Skene, and K. Voss. III CIE 158:2009 IV CONTENTS SUMMARY VI RESUME VI ZUSAMMENFASSUNG VI ERRATUM 1 E-1 1. INTRODUCTION 1 1.1 Biolog
34、ical, psychological and architectural issues 1 1.2 Terms of reference 2 2. NEUROPHYSIOLOGY OF LIGHT AND DARK 2 2.1 Rhythms of activity 2 2.2 Circadian rhythms 3 2.2.1 Brain structures controlling circadian rhythms 3 2.2.2 Light and circadian rhythms 4 2.3 Melatonin 5 2.3.1 Melatonin circadian rhythm
35、s 5 2.3.2 Acute light suppression 5 2.3.3 Health and melatonin cycles 6 2.4 Cortisol 7 2.5 Other biological functions 8 2.6 Photoimmune responses 8 3. OCULAR ANATOMY AND PHYSIOLOGY 9 3.1 The visual system 9 3.2 Nonvisual photoperception 10 3.2.1 Location of nonvisual photoreceptors 10 3.2.2 Ocular p
36、hotoreceptors 10 3.2.3 Retinal location of nonvisual photoreceptors 12 3.3 Circadian rhythms of ocular sensitivity 12 3.4 Age and ocular sensitivity 13 4. BEHAVIOURAL EFFECTS IN HEALTHY PEOPLE 13 4.1 Circadian rhythms of behaviour 13 4.2 Effects of daytime light exposure 14 4.2.1 Activation and arou
37、sal 14 4.2.2 Performance 15 4.2.3 Mood and comfort 16 4.3 Effects of night-time light exposure 17 4.3.1 Alertness 17 4.3.2 Performance 17 4.3.2 Mood 17 CIE 158:2009 V 4.4 Circadian phase shifting 18 4.4.1 Jet lag 18 4.4.2 Shift work 19 4.5 Luminous modulation 20 5. THERAPEUTIC EFFECTS OF LIGHT 20 5.
38、1 Mood disorders 20 5.1.1 Seasonal mood disorders 20 5.1.2 Other mood disorders 22 5.2 Sleep disorders 23 5.3 Circadian rhythms and medical treatment 23 5.4 Neurological disorders: Alzheimer and related dementias 24 6. RESEARCH METHODS IN LIGHTING 24 6.1 Measuring light 24 6.1.1 Stimulus specificati
39、on 24 6.1.2 Photometric measurement 25 6.2 Light exposure and light dose 25 6.3 Research design issues 26 6.3.1 Placebo effects 26 6.3.2 Eliminating alternative explanations 27 6.3.3 Size and composition of research samples 27 7. ARCHITECTURAL AND LIFE-STYLE APPLICATIONS 28 7.1 General principles 28
40、 7.1.1 Principles for healthy lighting 28 7.1.2 Fundamentals of lighting quality 29 7.2 Lighting for daytime activity 29 7.3 Lighting for night shifts 30 8. CONCLUSION 31 9. REFERENCES 31 APPENDIX 49 A.1. References 50 CIE 158:2009 OCULAR LIGHTING EFFECTS ON HUMAN PHYSIOLOGY AND BEHAVIOUR SUMMARY Th
41、e nonvisual biological and behavioural effects of light in animals and humans are mediated by specific neuroanatomical pathways. Controlled empirical studies have shown that light can be used to treat some clinical disorders and may have broader, nonclinical applications for problems of shift work a
42、nd jet lag. Studies are testing how lighting may be incorporated into architectural designs that are optimal for vision as well as physiological and behavioural stimulation. CONSEQUENCES DE LECLAIREMENT DE LOEIL SUR LA PHYSIOLOGIE ET LE COMPORTEMENT HUMAINS RESUME Les effets, non visuels, biologique
43、s et comportementaux de la lumire chez les animaux et les humains sont achemins par des voies neuro-anatomiques spcifiques. Des tudes empiriques, contrles, ont montr que la lumire peut tre utilise pour traiter des pathologies et peut avoir de plus larges applications, non mdicales, pour les problmes
44、 poss par le dcalage horaire et les travaux dcals dans le temps. Les tudes valuent comment lclairage peut tre introduit dans les ralisations architecturales, optimises pour la vision comme pour les stimulations comportementale et physiologique. OKULARE WIRKUNGEN DER BELEUCHTUNG AUF PHYSIOLOGIE UND V
45、ERHALTEN DES MENSCHEN ZUSAMMENFASSUNG Die nicht-visuellen biologischen Wirkungen von Licht und seine Auswirkung auf das Verhalten bei Tieren und Menschen werden ber spezifische neuroanatomische Bahnen vermittelt. Kontrollierte empirische Untersuchungen haben gezeigt, dass Licht zur Behandlung bestim
46、mter klinischer Strungen verwendet werden kann und auch in nichtklinischen Bereichen (Probleme durch Schichtarbeit und Jetlag) Anwendung finden kann. In Studien wird untersucht, wie Beleuchtung in die architektonische Gestaltung integriert werden kann, sodass sie sowohl fr das Sehen als auch fr die
47、Stimulierung von physiologischen Vorgngen und Verhalten optimal ist. VI CIE 158:2009 Erratum - 1 OCULAR LIGHTING EFFECTS ON HUMAN PHYSIOLOGY, MOOD, AND BEHAVIOUR (CIE 158:2004) ERRATUM (2009-Jan-21) The committee wishes to correct two errors in the original report, as follows: Page 4, figure 3, shou
48、ld be as follows: Figure 3: Simplified schematic diagram of two eye-brain pathways. Light received by the eye is converted to neural signals that pass via the optic nerve to these visual and non-visual pathways. POT = Primary optic tract. RHT = Retino-hypothalamic tract. LGN/IGL = Lateral geniculate
49、 nucleus / Intergeniculate leaflet. SCN = Suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus. PVN = Paraventricular nucleus of the hypothalamus. IMLCC = Intermediolateral cell column of the spinal cord. SCG = Superior cervical ganglion. CRH = Corticotropic releasing hormone. ACTH = adrenocorticotropic hormone. Page 7, paragraph 3, should read: 2.4 Cortisol Cortisol is secreted principally by the cortex of the adrenal
