校園綠地聽嗅交互感知對大學(xué)生壓力恢復(fù)的影響研究

崔 雪

金荷仙*

曾程程

隨著城市化的不斷推進(jìn)，城市化環(huán)境給人帶來便利的同時，也不同程度地影響著人們的身心健康[1]。各年齡段人群都面臨不同的健康問題，大學(xué)生作為社會中特殊的群體，50%以上都存在不同程度的身心健康問題[2]，他們更容易受到學(xué)業(yè)、經(jīng)濟(jì)壓力及睡眠障礙等引發(fā)的各種健康問題[3]。Ulrich和Kaplan提出的壓力恢復(fù)理論(SRT)與注意力恢復(fù)理論(ART)均認(rèn)為自然環(huán)境的恢復(fù)性能促進(jìn)感知者情緒狀態(tài)的改善及生理系統(tǒng)的有益變化，且有助于定向注意力的恢復(fù)[4-5]。Harting等[6]證明了處在自然環(huán)境中人的血壓、情緒及注意力相比在城市環(huán)境下有明顯療愈改善效用。

校園綠地環(huán)境作為大學(xué)生接觸時間最久的自然環(huán)境，具有減壓、改善情緒[7]等作用，其與健康的關(guān)系研究多集中在視覺角度，但聽覺與嗅覺也是組成健康環(huán)境的重要元素。多數(shù)學(xué)者證明了自然聲有助于人們心理壓力及注意力的恢復(fù)[8-9]。2003年，金荷仙[10]首次以活體植株為研究對象，并通過生理實驗發(fā)現(xiàn)嗅聞梅花后人體肌電值下降，嗅聞桂花后人體血壓、心率下降，且證明了桂花氣味能提升人體注意力、記憶力及想象力。隨后Miho Igarashi等[11]發(fā)現(xiàn)嗅聞新鮮濃郁玫瑰花使交感神經(jīng)活動顯著增加，誘導(dǎo)生理放松。

單一感知模式與真實認(rèn)知之間可能有所偏差，如暴露在有自然聲的虛擬自然環(huán)境下更能激活人體副交感神經(jīng)系統(tǒng)，緩解壓力[12]。眾多學(xué)者針對多感官交互進(jìn)行實驗探索，目前多感官交互研究主要聚焦在視聽結(jié)合方面。Ma等[13]測試不同視聽條件下壓力恢復(fù)和疲勞緩解狀況，證明愉悅的聲音(鳥鳴聲)對消除疲勞與減少煩惱有顯著正向作用，且聲音刺激對心理恢復(fù)的影響更大。朱玉潔等[14]則利用眼動追蹤技術(shù)證實了不同聲景感知會影響視覺感知及整體主觀恢復(fù)性評價。相比之下，視嗅、聽嗅交互的研究較少。Sabiniewicz等[15]證明了無論氣味與場景是否存在一致性，嗅覺刺激都會調(diào)節(jié)視覺場景的愉悅度，且二者的一致性越高，愉悅度越強。Ba等[16]為揭示氣味對交通噪音的影響進(jìn)行現(xiàn)場實驗，發(fā)現(xiàn)氣味濃度越高，對噪音煩惱度越低，與環(huán)境協(xié)調(diào)度越高。也有學(xué)者探究視、嗅、聽結(jié)合對壓力應(yīng)激恢復(fù)的影響，結(jié)果顯示自然環(huán)境下壓力顯著降低，且嗅覺刺激比視覺刺激更助于減壓[17]。

文獻(xiàn)綜述表明，探討多感官交互對人體生理心理恢復(fù)效益具有重要意義，但目前針對大學(xué)校園聲景與嗅景的實證研究與聽嗅交互對人體身心健康的影響研究相對缺乏。因此，本研究選用浙江農(nóng)林大學(xué)校園常見3種聲音類型與梔子芳香植物作為研究對象，旨在探討聽嗅交互感知對大學(xué)生身心健康效益的影響。

1 材料與對象

1.1 刺激源

1.1.1 聽覺刺激

聽覺刺激選取浙江農(nóng)林大學(xué)常見聲音類型——自然聲、生活聲及機械聲[18]。使用錄音設(shè)備在校園中分別錄制3種類型的聲音，錄制設(shè)備距地面1.5m，每個音頻錄制時間不少于5min。將錄好的音頻導(dǎo)入Adobe Audition 2022軟件中進(jìn)行提取、分離、降噪、合并、匹配響度、聲壓級增減等處理，導(dǎo)出3種聲音的音頻(MP3)。

為確保被試者在實驗室內(nèi)能清楚地聽到聲音而不會感到厭煩，設(shè)置聲壓級40～60dBA，步長為5dBA。由10名被試者進(jìn)行主觀響度預(yù)實驗打分(1～5代表非常安靜～非常吵鬧)。結(jié)果顯示聲壓級在55dB可清楚地聽到所有聲音刺激但不會刺耳。后續(xù)實驗音頻均在同一響度、同一聲壓級范圍內(nèi)。

1.1.2 嗅覺刺激材料

嗅覺刺激材料選擇浙江農(nóng)林大學(xué)校園常見灌木梔子(Gardenia jasminoides)。梔子屬茜草科梔子屬落葉灌木，花香濃郁，通常單朵生于枝頂。

實驗于盛花期時進(jìn)行枝條采集，將采集后的枝條于實驗前放置在透明且一側(cè)開口的密封盒子[19]中揮發(fā)5min。此法可使植物更快地發(fā)揮作用，規(guī)避被試者個體嗅聞差異性。

1.1.3 壓力刺激

要求被試者進(jìn)行5min數(shù)學(xué)題運算，題目難度系數(shù)較高，這一過程給被試者施壓，使其均處于同一壓力水平下。

1.2 實驗地點

實驗地點選在浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)四號學(xué)院樓的教室，實驗時門窗關(guān)閉，室溫25℃。被試者就座教室中央，面前桌子放置植物，周圍1m位置放置音響，形成聲音環(huán)繞，所有被試者均在同一環(huán)境中進(jìn)行實驗。

1.3 實驗對象

實驗共招募80名浙江農(nóng)林大學(xué)在校大學(xué)生(20～25歲)，男女比例3:7，隨機分配到4組中(N=20)進(jìn)行實驗。實驗要求被試者無聽覺、嗅覺障礙，在實驗前不得飲用酒或者含咖啡因等刺激興奮的飲料，并于實驗前簽署知情同意書。

1.4 實驗設(shè)計

有研究表明，接觸自然環(huán)境3～5min可以得到較高信度的研究結(jié)論[20]，故本實驗將施壓與恢復(fù)測試環(huán)節(jié)時間定為5min。

實驗流程如圖1。1)被試者到達(dá)實驗室填寫知情同意書，佩戴腦電儀。2)5min施壓階段(數(shù)學(xué)題測試)，結(jié)束后測量血壓、心率指標(biāo)及填寫前測POMS量表。3)5min恢復(fù)實驗(給予聽/嗅刺激)，實驗過程輕閉雙眼，以避免視覺帶來的影響。結(jié)束后摘掉腦電儀，測量其血壓、心率指標(biāo)及填寫后測POMS量表和問卷；對照組恢復(fù)實驗在無聲無氣味的環(huán)境下進(jìn)行。4)實驗結(jié)束，總共用時18min。

圖1 實驗流程

1.5 儀器及軟件

1.5.1 實驗所用儀器及指標(biāo)

Emotiv便攜式腦電儀：按照頻率波動將腦電波劃分4個波段，即δ(0.2～3Hz)、θ(3～7Hz)、α(8～12Hz)、β(13～30Hz)。本研究選取α、β、θ波作為測定指標(biāo)。α波與創(chuàng)造力[21]和心理協(xié)調(diào)[22]有關(guān)。α波升高代表更放松，創(chuàng)造力更強，注意力更集中。β波是種高頻波，在高度警覺狀態(tài)下β波會增加[23]，故β波降低代表注意力發(fā)散。θ波屬于低頻次的“受暗示波”，與深層次記憶相關(guān)[24]，θ波可增加靈感，提高創(chuàng)造感。

Omron血壓儀：采用示波測定法測量舒張壓、收縮壓、心率。

簡明心境狀態(tài)量表(POMS量表)：評估被試者情緒及心境狀態(tài)，情緒因子分值越高表示情緒越強烈。TMD分值越低，表示情緒狀態(tài)越穩(wěn)定[25]。

1.5.2 數(shù)據(jù)分析軟件

采用MATLAB軟件中EEGLAB對實驗原始腦波進(jìn)行預(yù)處理、補齊marker切片保存、頻譜分析、提取功率譜密度(PSD)、提取數(shù)據(jù)。其中預(yù)處理包括定位電極、剔無用電極、重參考、濾波、分段、插值壞導(dǎo)、剔除壞段、算ICA(對腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行成分分解)。本研究截取腦波信號第0～180s及第540～720s作為壓力與恢復(fù)的對比數(shù)據(jù)。

采用SPSS 26.0軟件中的Mann-whitney U檢驗對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗分析，在問卷數(shù)據(jù)分析前，利用Cronbach's α系數(shù)與KMO和Bartlett的球形度檢驗對所有問卷進(jìn)行信度效度檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 生理結(jié)果分析

2.1.1 血壓、心率差異分析

對不同組血壓、心率數(shù)據(jù)進(jìn)行Mannwhitney U差異性檢驗，結(jié)果如圖2所示。血壓指標(biāo)結(jié)果顯示，聽自然聲、嗅聞梔子、聽自然聲并嗅聞梔子組收縮壓、心率顯著下降(p＜0.05)，收縮壓平均下降11.50、9.50、13.90mmHg，心率平均下降7.10、5.80、10.10BPM；嗅聞梔子，聽自然聲并嗅聞梔子組舒張壓顯著下降(p＜0.05)，平均下降6.20、8.40mmHg。聽機械聲組心率顯著上升(p＜0.05)，平均上升8.40BPM。除聽機械聲組收縮壓、心率上升，其他組收縮壓、舒張壓與心率均下降，但變化均不顯著。說明除機械聲作為消極聲音刺激會使血壓與心率升高，施壓后給予其他聽覺刺激或嗅覺刺激或交互感官刺激，都有一定降血壓、心率的作用。

圖2 不同分組血壓、心率指標(biāo)前后變化(ns p＞0.05，＊p＜0.05，＊＊p＜0.01)

2.1.2 腦電波差異分析

不同分組前后腦電波平均功率譜密度變化如圖3所示。結(jié)果顯示，α波均表現(xiàn)出上升趨勢，其中聽自然聲、嗅聞梔子、聽自然聲并嗅聞梔子組顯著上升(p＜0.05)，這表明施壓后給予任意感官刺激均有放松、提升創(chuàng)造力的作用。β波均呈下降趨勢，其中嗅聞梔子、空白對照組β波顯著下降(p＜0.05)；聽機械聲、聽自然聲并嗅聞梔子與聽機械聲并嗅聞梔子組以及β波極顯著下降(p＜0.01)，這意味著施壓后給予任意感官刺激均有改善情緒、保持清醒的作用。θ波均表現(xiàn)出下降趨勢，其中交互組與空白對照組顯著下降(p＜0.05)，這意味著施壓后給予任意感官刺激均有提升注意力，產(chǎn)生興趣的作用。

圖3 不同分組腦電波指標(biāo)前后變化(ns p＞0.05，＊p＜0.05，＊＊p＜0.01)

被試者測試前后大腦腦地形圖與頻譜圖結(jié)果如圖4所示：由腦地形圖可以看出，α波在枕葉區(qū)活動比較顯著，而β波在額葉與頂葉比較顯著，在恢復(fù)測試中大腦枕葉區(qū)維持活動，其他區(qū)域活動呈下降趨勢。通過頻譜圖可以看出，圖中8～12Hz(α)頻率的恢復(fù)數(shù)據(jù)明顯要高于壓力數(shù)據(jù)，3～7Hz(θ)與13～30Hz(β)的恢復(fù)數(shù)據(jù)低于壓力數(shù)據(jù)?；九c實驗數(shù)據(jù)結(jié)果相吻合。

圖4 不同分組腦地形圖與頻譜圖前后變化

2.2 心理結(jié)果分析

2.2.1 POMS量表

心理結(jié)果如圖5所示，聽自然聲、嗅聞梔子、聽自然聲并嗅聞梔子組TMD得分顯著下降，平均下降16.10、12.40、12.30，這意味著施壓后給予愉悅的感官刺激，情緒更穩(wěn)定。除聽生活聲與機械聲組TMD得分會上升，其余組變化可忽略不計。說明，給予生活聲與機械聲刺激后，被試者情緒處于持續(xù)壓力和不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 不同分組POMS情緒因子指標(biāo)前后變化(ns p＞0.05，＊p＜0.05，＊＊p＜0.01)

2.2.2 問卷結(jié)果分析

在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析前，為確保實驗結(jié)果的可靠性，對此問卷進(jìn)行信度效度檢驗，得到不同組總體信度分別為α=0.650、0.701、0.789，KMO值分別為0.629、0.677、0.638(p＜0.001)，均達(dá)到檢驗標(biāo)準(zhǔn)，可進(jìn)行分析。

問卷結(jié)果如圖6所示，聲音組中聲音喜好度、舒適度與滿意度對比情況為自然聲＞生活聲＞機械聲。交互組中整體好感度、舒適度、滿意度對比情況均為梔子＋自然聲＞梔子＋生活聲＞梔子＋機械聲。對比單一感官與交互感官舒適度與滿意度，結(jié)果顯示，自然聲＞梔子＋自然聲，生活聲＜梔子＋生活聲，機械聲＜梔子＋機械聲，這意味著在消極刺激中加入一種積極的刺激會提升整體舒適度與滿意度。

圖6 不同分組問卷調(diào)查結(jié)果

3 討論

3.1 不同感官刺激之間壓力恢復(fù)情況

本研究對比聲音組、氣味組、交互組及對照組對大學(xué)生的血壓、心率、α波、β波、θ波以及心境量表之間的差異。結(jié)果表明，無論單一還是交互刺激都對大學(xué)生身心健康及壓力恢復(fù)產(chǎn)生一定的影響。

3.1.1 自然聲具有顯著的壓力恢復(fù)效益

結(jié)果表明，施壓后給予自然聲刺激后，被試者的α波顯著得到提高，收縮壓和心率以及β波均顯著下降；給予生活聲的刺激后，被試者各項指標(biāo)均不顯著；給予機械聲的刺激后，被試者的心率顯著提高，β波極顯著下降。這意味著聽自然聲具有顯著的壓力恢復(fù)效益。被試者聽自然聲時α波顯著提高，證明被試者感知到自然且積極的聽覺刺激(如鳥鳴聲[26])后，心情愉悅。而收縮壓、心率及β波都存在顯著下降的趨勢，意味著聽自然聲可減緩壓力與焦慮。然而，在給予機械聲刺激后，被試者心率顯著提高，β波極顯著下降。表明被試者聽到機械聲后，心率波動大，緊張感明顯上升。這與Hume[27]和Bradley[28]的研究相反，相反的原因可能是刺激時間持續(xù)較短(10s內(nèi))或與音頻本身愉悅度相關(guān)。且在Medvedev[29]的研究中發(fā)現(xiàn)暴露在較長時間(6min內(nèi))的厭惡性聽覺刺激下，心率會上升。本實驗給予5min刺激源，屬于較長時間暴露，對厭惡不喜的聲音，會隨著時間延長越感煩躁。且本研究結(jié)果驗證了自然聲對壓力恢復(fù)、情緒改善及提升認(rèn)知能力水平比人為聲更顯著，支持了前人成果。

3.1.2 梔子芳香氣味具有緩解焦慮、改善情緒的效用

施壓后給予梔子氣味的刺激，被試者收縮壓、舒張壓、心率顯著下降，說明嗅聞梔子能顯著降低血壓和心率。β波顯著下降，α波明顯上升，這意味著梔子氣味有緩解壓力及改善情緒的作用。

許多學(xué)者從化學(xué)成分、實證研究、藥理作用機制角度分別驗證了梔子具有鎮(zhèn)靜降壓[30]、提高注意力[31]、降低緊張與焦慮[32]、改善免疫、降血糖[33]的作用。結(jié)合本研究結(jié)果，嗅聞梔子芳香氣味可以有效緩解壓力和焦慮，改善情緒，達(dá)到放松愉悅的狀態(tài)。

3.1.3 聽嗅交互感官刺激對壓力恢復(fù)的效益高于單一感官刺激

施壓后給予聽嗅交互刺激，聽自然聲并嗅聞梔子后的收縮壓、舒張壓和心率明顯下降，α波顯著上升，β波和θ波顯著下降。與前面單一感官中聽自然聲和嗅聞梔子的結(jié)果相一致，且交互感官每個指標(biāo)的變化值均高于單一感官。這與Hedblom[17]的研究相呼應(yīng)，暴露在偏向自然的多感官環(huán)境中壓力恢復(fù)情況遠(yuǎn)高于暴露在城市環(huán)境中的。同時Ba和Kang[34]在城市開放空間的嗅聽實驗中提到，人們更偏向自己熟悉或喜歡的感官感知。但在Peng[35]的研究中，聽輕音樂或吸入佛手柑精油均會促進(jìn)放松，但是2種刺激同時應(yīng)用的效益不如單一刺激，與本研究結(jié)果相反。造成不一致的原因可能是人們對自然的聲音與氣味[17，36]更熟悉且感知恢復(fù)效果更強。

嗅聞梔子并給予生活聲和機械聲刺激的指標(biāo)變化趨勢大體一致，心率和α波上升，β波和θ波顯著下降。但事實上，交互感官的指標(biāo)變化值較于單一感官的變化值有所提升，這意味著在聽令人不喜的聲音時嗅聞愉悅的氣味會一定程度緩解不適。Jiang等[37]、Ba和Kang[38]都發(fā)現(xiàn)氣味在特定的環(huán)境下可以減少噪音帶來的煩惱。且氣味與環(huán)境協(xié)調(diào)度越一致，對煩惱的降低越明顯。這與本研究結(jié)果基本一致。然而Qi[39]研究發(fā)現(xiàn)，在鳥鳴聲中加入視覺感知會提高恢復(fù)能力，但加入嗅覺感知則會有負(fù)面影響。造成這一現(xiàn)象的原因可能是視覺要素的主導(dǎo)體驗、個人偏好及多感官刺激的協(xié)調(diào)度。故嗅聞梔子并聽自然聲組的壓力恢復(fù)效益比其他組的恢復(fù)效益更好，且整體舒適度更高。

從心理指標(biāo)來看，聽自然聲、嗅聞梔子、二者交互的情緒紛亂總值(TMD得分)均降低，意味著給予這3種刺激都會改善被試者情緒，提高自尊感等。這與上述生理指標(biāo)的分析結(jié)果基本吻合。

3.2 聲音與氣味之間存在協(xié)同和掩蔽作用

據(jù)問卷結(jié)果分析，聲舒適度和聲滿意度最高是自然聲，最低是機械聲。整體舒適度和整體滿意度最高是自然聲與梔子。從單一感官與交互感官來看，自然聲的滿意度比自然聲與梔子的滿意度高了0.30，但生活聲組與機械聲組降低了1.00和1.10。

從聲音角度來看，無論什么類型的聲音，給予積極的氣味刺激后，生理指標(biāo)與主觀評價都會比施壓時有所提升。從氣味角度來看，給予令人愉悅的聲音，評價會提升，反之則降低。這意味著，正向的感官會提高其他感官的評價，是一種協(xié)同作用。負(fù)面的感官刺激則會降低其他感官的評價[37，40]，是一種掩蔽作用，其他感官交互中也存在這種作用[36，39]。

3.3 嗅聽元素在校園景觀中的規(guī)劃意義

校園綠地環(huán)境承載著師生學(xué)習(xí)、生活的功能，聽覺、嗅覺作為校園環(huán)境設(shè)計中的重要元素，對大學(xué)生壓力恢復(fù)[9]、注意力恢復(fù)[31]具有重要價值。

有學(xué)者對校園不同區(qū)域的聲景觀及芳香植物現(xiàn)狀調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，教學(xué)區(qū)、生活區(qū)與臨湖休閑區(qū)由于功能性質(zhì)不同，其聲環(huán)境類型、頻率及聲舒適度差距明顯，且芳香植物的栽種要求也根據(jù)區(qū)域?qū)傩院托睦硇枨笥兴灰?。結(jié)合本研究結(jié)果，在未來校園綠地設(shè)計中要考慮：1)營造多樣化環(huán)境體驗：針對功能區(qū)的特征不同，在教學(xué)區(qū)與生活區(qū)選擇優(yōu)化聲環(huán)境，輔以芳香植物種植；在休閑區(qū)考慮不同香型芳香植物的搭配；2)考慮嗅聽元素與整體環(huán)境的協(xié)調(diào)性，達(dá)到1+1大于2的效果；以及運用芳香植物的減壓保健作用緩解心理壓力和響度大的喧嘩聲與施工聲帶來的負(fù)面情緒。

4 結(jié)論與展望

不同感官刺激下的壓力恢復(fù)效益存在差異。自然聲與自然聲-梔子的壓力恢復(fù)效益最佳。聽嗅交互刺激的壓力恢復(fù)情況比單一刺激恢復(fù)效益更佳。聲音與氣味之間存在協(xié)同和掩蔽效應(yīng)。在校園綠地規(guī)劃設(shè)計時，除視覺要素外，聲景與嗅景的營造也同樣重要，將芳香氣味引入校園聲環(huán)境營造中是緩解焦慮與煩躁，改善情緒的途徑之一。

本結(jié)果可以改善校園感官環(huán)境，對豐富校園聲景與嗅景的研究、提升校園綠地促進(jìn)人群健康的能力也具有重要作用。但研究只選取了一種植物作為材料，而不同類型聲音與不同芳香植物之間是否會存在體驗差異有待進(jìn)一步探索。

注：文中圖片均由作者繪制。