校园绿地听嗅交互感知对大学生压力恢复的影响研究

2023-03-24崔雪

中国园林 2023年2期

崔雪

金荷仙*

曾程程

随着城市化的不断推进，城市化环境给人带来便利的同时，也不同程度地影响着人们的身心健康[1]。各年龄段人群都面临不同的健康问题，大学生作为社会中特殊的群体，50%以上都存在不同程度的身心健康问题[2]，他们更容易受到学业、经济压力及睡眠障碍等引发的各种健康问题[3]。Ulrich和Kaplan提出的压力恢复理论(SRT)与注意力恢复理论(ART)均认为自然环境的恢复性能促进感知者情绪状态的改善及生理系统的有益变化，且有助于定向注意力的恢复[4-5]。Harting等[6]证明了处在自然环境中人的血压、情绪及注意力相比在城市环境下有明显疗愈改善效用。

校园绿地环境作为大学生接触时间最久的自然环境，具有减压、改善情绪[7]等作用，其与健康的关系研究多集中在视觉角度，但听觉与嗅觉也是组成健康环境的重要元素。多数学者证明了自然声有助于人们心理压力及注意力的恢复[8-9]。2003年，金荷仙[10]首次以活体植株为研究对象，并通过生理实验发现嗅闻梅花后人体肌电值下降，嗅闻桂花后人体血压、心率下降，且证明了桂花气味能提升人体注意力、记忆力及想象力。随后Miho Igarashi等[11]发现嗅闻新鲜浓郁玫瑰花使交感神经活动显著增加，诱导生理放松。

单一感知模式与真实认知之间可能有所偏差，如暴露在有自然声的虚拟自然环境下更能激活人体副交感神经系统，缓解压力[12]。众多学者针对多感官交互进行实验探索，目前多感官交互研究主要聚焦在视听结合方面。Ma等[13]测试不同视听条件下压力恢复和疲劳缓解状况，证明愉悦的声音(鸟鸣声)对消除疲劳与减少烦恼有显著正向作用，且声音刺激对心理恢复的影响更大。朱玉洁等[14]则利用眼动追踪技术证实了不同声景感知会影响视觉感知及整体主观恢复性评价。相比之下，视嗅、听嗅交互的研究较少。Sabiniewicz等[15]证明了无论气味与场景是否存在一致性，嗅觉刺激都会调节视觉场景的愉悦度，且二者的一致性越高，愉悦度越强。Ba等[16]为揭示气味对交通噪音的影响进行现场实验，发现气味浓度越高，对噪音烦恼度越低，与环境协调度越高。也有学者探究视、嗅、听结合对压力应激恢复的影响，结果显示自然环境下压力显著降低，且嗅觉刺激比视觉刺激更助于减压[17]。

文献综述表明，探讨多感官交互对人体生理心理恢复效益具有重要意义，但目前针对大学校园声景与嗅景的实证研究与听嗅交互对人体身心健康的影响研究相对缺乏。因此，本研究选用浙江农林大学校园常见3种声音类型与栀子芳香植物作为研究对象，旨在探讨听嗅交互感知对大学生身心健康效益的影响。

1 材料与对象

1.1 刺激源

1.1.1 听觉刺激

听觉刺激选取浙江农林大学常见声音类型——自然声、生活声及机械声[18]。使用录音设备在校园中分别录制3种类型的声音，录制设备距地面1.5m，每个音频录制时间不少于5min。将录好的音频导入Adobe Audition 2022软件中进行提取、分离、降噪、合并、匹配响度、声压级增减等处理，导出3种声音的音频(MP3)。

为确保被试者在实验室内能清楚地听到声音而不会感到厌烦，设置声压级40～60dBA，步长为5dBA。由10名被试者进行主观响度预实验打分(1～5代表非常安静～非常吵闹)。结果显示声压级在55dB可清楚地听到所有声音刺激但不会刺耳。后续实验音频均在同一响度、同一声压级范围内。

1.1.2 嗅觉刺激材料

嗅觉刺激材料选择浙江农林大学校园常见灌木栀子(Gardenia jasminoides)。栀子属茜草科栀子属落叶灌木，花香浓郁，通常单朵生于枝顶。

实验于盛花期时进行枝条采集，将采集后的枝条于实验前放置在透明且一侧开口的密封盒子[19]中挥发5min。此法可使植物更快地发挥作用，规避被试者个体嗅闻差异性。

1.1.3 压力刺激

要求被试者进行5min数学题运算，题目难度系数较高，这一过程给被试者施压，使其均处于同一压力水平下。

1.2 实验地点

实验地点选在浙江农林大学东湖校区四号学院楼的教室，实验时门窗关闭，室温25℃。被试者就座教室中央，面前桌子放置植物，周围1m位置放置音响，形成声音环绕，所有被试者均在同一环境中进行实验。

1.3 实验对象

实验共招募80名浙江农林大学在校大学生(20～25岁)，男女比例3:7，随机分配到4组中(N=20)进行实验。实验要求被试者无听觉、嗅觉障碍，在实验前不得饮用酒或者含咖啡因等刺激兴奋的饮料，并于实验前签署知情同意书。

1.4 实验设计

有研究表明，接触自然环境3～5min可以得到较高信度的研究结论[20]，故本实验将施压与恢复测试环节时间定为5min。

实验流程如图1。1)被试者到达实验室填写知情同意书，佩戴脑电仪。2)5min施压阶段(数学题测试)，结束后测量血压、心率指标及填写前测POMS量表。3)5min恢复实验(给予听/嗅刺激)，实验过程轻闭双眼，以避免视觉带来的影响。结束后摘掉脑电仪，测量其血压、心率指标及填写后测POMS量表和问卷；对照组恢复实验在无声无气味的环境下进行。4)实验结束，总共用时18min。

图1 实验流程

1.5 仪器及软件

1.5.1 实验所用仪器及指标

Emotiv便携式脑电仪：按照频率波动将脑电波划分4个波段，即δ(0.2～3Hz)、θ(3～7Hz)、α(8～12Hz)、β(13～30Hz)。本研究选取α、β、θ波作为测定指标。α波与创造力[21]和心理协调[22]有关。α波升高代表更放松，创造力更强，注意力更集中。β波是种高频波，在高度警觉状态下β波会增加[23]，故β波降低代表注意力发散。θ波属于低频次的“受暗示波”，与深层次记忆相关[24]，θ波可增加灵感，提高创造感。

Omron血压仪：采用示波测定法测量舒张压、收缩压、心率。

简明心境状态量表(POMS量表)：评估被试者情绪及心境状态，情绪因子分值越高表示情绪越强烈。TMD分值越低，表示情绪状态越稳定[25]。

1.5.2 数据分析软件

采用MATLAB软件中EEGLAB对实验原始脑波进行预处理、补齐marker切片保存、频谱分析、提取功率谱密度(PSD)、提取数据。其中预处理包括定位电极、剔无用电极、重参考、滤波、分段、插值坏导、剔除坏段、算ICA(对脑电数据进行成分分解)。本研究截取脑波信号第0～180s及第540～720s作为压力与恢复的对比数据。

采用SPSS 26.0软件中的Mann-whitney U检验对所有数据进行显著性检验分析，在问卷数据分析前，利用Cronbach's α系数与KMO和Bartlett的球形度检验对所有问卷进行信度效度检验。

2 结果与分析

2.1 生理结果分析

2.1.1 血压、心率差异分析

对不同组血压、心率数据进行Mannwhitney U差异性检验，结果如图2所示。血压指标结果显示，听自然声、嗅闻栀子、听自然声并嗅闻栀子组收缩压、心率显著下降(p＜0.05)，收缩压平均下降11.50、9.50、13.90mmHg，心率平均下降7.10、5.80、10.10BPM；嗅闻栀子，听自然声并嗅闻栀子组舒张压显著下降(p＜0.05)，平均下降6.20、8.40mmHg。听机械声组心率显著上升(p＜0.05)，平均上升8.40BPM。除听机械声组收缩压、心率上升，其他组收缩压、舒张压与心率均下降，但变化均不显著。说明除机械声作为消极声音刺激会使血压与心率升高，施压后给予其他听觉刺激或嗅觉刺激或交互感官刺激，都有一定降血压、心率的作用。

图2 不同分组血压、心率指标前后变化(ns p＞0.05，＊p＜0.05，＊＊p＜0.01)

2.1.2 脑电波差异分析

不同分组前后脑电波平均功率谱密度变化如图3所示。结果显示，α波均表现出上升趋势，其中听自然声、嗅闻栀子、听自然声并嗅闻栀子组显著上升(p＜0.05)，这表明施压后给予任意感官刺激均有放松、提升创造力的作用。β波均呈下降趋势，其中嗅闻栀子、空白对照组β波显著下降(p＜0.05)；听机械声、听自然声并嗅闻栀子与听机械声并嗅闻栀子组以及β波极显著下降(p＜0.01)，这意味着施压后给予任意感官刺激均有改善情绪、保持清醒的作用。θ波均表现出下降趋势，其中交互组与空白对照组显著下降(p＜0.05)，这意味着施压后给予任意感官刺激均有提升注意力，产生兴趣的作用。

图3 不同分组脑电波指标前后变化(ns p＞0.05，＊p＜0.05，＊＊p＜0.01)

被试者测试前后大脑脑地形图与频谱图结果如图4所示：由脑地形图可以看出，α波在枕叶区活动比较显著，而β波在额叶与顶叶比较显著，在恢复测试中大脑枕叶区维持活动，其他区域活动呈下降趋势。通过频谱图可以看出，图中8～12Hz(α)频率的恢复数据明显要高于压力数据，3～7Hz(θ)与13～30Hz(β)的恢复数据低于压力数据。基本与实验数据结果相吻合。

图4 不同分组脑地形图与频谱图前后变化

2.2 心理结果分析

2.2.1 POMS量表

心理结果如图5所示，听自然声、嗅闻栀子、听自然声并嗅闻栀子组TMD得分显著下降，平均下降16.10、12.40、12.30，这意味着施压后给予愉悦的感官刺激，情绪更稳定。除听生活声与机械声组TMD得分会上升，其余组变化可忽略不计。说明，给予生活声与机械声刺激后，被试者情绪处于持续压力和不稳定状态。

图5 不同分组POMS情绪因子指标前后变化(ns p＞0.05，＊p＜0.05，＊＊p＜0.01)

2.2.2 问卷结果分析

在进行数据分析前，为确保实验结果的可靠性，对此问卷进行信度效度检验，得到不同组总体信度分别为α=0.650、0.701、0.789，KMO值分别为0.629、0.677、0.638(p＜0.001)，均达到检验标准，可进行分析。

问卷结果如图6所示，声音组中声音喜好度、舒适度与满意度对比情况为自然声＞生活声＞机械声。交互组中整体好感度、舒适度、满意度对比情况均为栀子＋自然声＞栀子＋生活声＞栀子＋机械声。对比单一感官与交互感官舒适度与满意度，结果显示，自然声＞栀子＋自然声，生活声＜栀子＋生活声，机械声＜栀子＋机械声，这意味着在消极刺激中加入一种积极的刺激会提升整体舒适度与满意度。

图6 不同分组问卷调查结果

3 讨论

3.1 不同感官刺激之间压力恢复情况

本研究对比声音组、气味组、交互组及对照组对大学生的血压、心率、α波、β波、θ波以及心境量表之间的差异。结果表明，无论单一还是交互刺激都对大学生身心健康及压力恢复产生一定的影响。

3.1.1 自然声具有显著的压力恢复效益

结果表明，施压后给予自然声刺激后，被试者的α波显著得到提高，收缩压和心率以及β波均显著下降；给予生活声的刺激后，被试者各项指标均不显著；给予机械声的刺激后，被试者的心率显著提高，β波极显著下降。这意味着听自然声具有显著的压力恢复效益。被试者听自然声时α波显著提高，证明被试者感知到自然且积极的听觉刺激(如鸟鸣声[26])后，心情愉悦。而收缩压、心率及β波都存在显著下降的趋势，意味着听自然声可减缓压力与焦虑。然而，在给予机械声刺激后，被试者心率显著提高，β波极显著下降。表明被试者听到机械声后，心率波动大，紧张感明显上升。这与Hume[27]和Bradley[28]的研究相反，相反的原因可能是刺激时间持续较短(10s内)或与音频本身愉悦度相关。且在Medvedev[29]的研究中发现暴露在较长时间(6min内)的厌恶性听觉刺激下，心率会上升。本实验给予5min刺激源，属于较长时间暴露，对厌恶不喜的声音，会随着时间延长越感烦躁。且本研究结果验证了自然声对压力恢复、情绪改善及提升认知能力水平比人为声更显著，支持了前人成果。

3.1.2 栀子芳香气味具有缓解焦虑、改善情绪的效用

施压后给予栀子气味的刺激，被试者收缩压、舒张压、心率显著下降，说明嗅闻栀子能显著降低血压和心率。β波显著下降，α波明显上升，这意味着栀子气味有缓解压力及改善情绪的作用。

许多学者从化学成分、实证研究、药理作用机制角度分别验证了栀子具有镇静降压[30]、提高注意力[31]、降低紧张与焦虑[32]、改善免疫、降血糖[33]的作用。结合本研究结果，嗅闻栀子芳香气味可以有效缓解压力和焦虑，改善情绪，达到放松愉悦的状态。

3.1.3 听嗅交互感官刺激对压力恢复的效益高于单一感官刺激

施压后给予听嗅交互刺激，听自然声并嗅闻栀子后的收缩压、舒张压和心率明显下降，α波显著上升，β波和θ波显著下降。与前面单一感官中听自然声和嗅闻栀子的结果相一致，且交互感官每个指标的变化值均高于单一感官。这与Hedblom[17]的研究相呼应，暴露在偏向自然的多感官环境中压力恢复情况远高于暴露在城市环境中的。同时Ba和Kang[34]在城市开放空间的嗅听实验中提到，人们更偏向自己熟悉或喜欢的感官感知。但在Peng[35]的研究中，听轻音乐或吸入佛手柑精油均会促进放松，但是2种刺激同时应用的效益不如单一刺激，与本研究结果相反。造成不一致的原因可能是人们对自然的声音与气味[17，36]更熟悉且感知恢复效果更强。

嗅闻栀子并给予生活声和机械声刺激的指标变化趋势大体一致，心率和α波上升，β波和θ波显著下降。但事实上，交互感官的指标变化值较于单一感官的变化值有所提升，这意味着在听令人不喜的声音时嗅闻愉悦的气味会一定程度缓解不适。Jiang等[37]、Ba和Kang[38]都发现气味在特定的环境下可以减少噪音带来的烦恼。且气味与环境协调度越一致，对烦恼的降低越明显。这与本研究结果基本一致。然而Qi[39]研究发现，在鸟鸣声中加入视觉感知会提高恢复能力，但加入嗅觉感知则会有负面影响。造成这一现象的原因可能是视觉要素的主导体验、个人偏好及多感官刺激的协调度。故嗅闻栀子并听自然声组的压力恢复效益比其他组的恢复效益更好，且整体舒适度更高。

从心理指标来看，听自然声、嗅闻栀子、二者交互的情绪纷乱总值(TMD得分)均降低，意味着给予这3种刺激都会改善被试者情绪，提高自尊感等。这与上述生理指标的分析结果基本吻合。

3.2 声音与气味之间存在协同和掩蔽作用

据问卷结果分析，声舒适度和声满意度最高是自然声，最低是机械声。整体舒适度和整体满意度最高是自然声与栀子。从单一感官与交互感官来看，自然声的满意度比自然声与栀子的满意度高了0.30，但生活声组与机械声组降低了1.00和1.10。

从声音角度来看，无论什么类型的声音，给予积极的气味刺激后，生理指标与主观评价都会比施压时有所提升。从气味角度来看，给予令人愉悦的声音，评价会提升，反之则降低。这意味着，正向的感官会提高其他感官的评价，是一种协同作用。负面的感官刺激则会降低其他感官的评价[37，40]，是一种掩蔽作用，其他感官交互中也存在这种作用[36，39]。

3.3 嗅听元素在校园景观中的规划意义

校园绿地环境承载着师生学习、生活的功能，听觉、嗅觉作为校园环境设计中的重要元素，对大学生压力恢复[9]、注意力恢复[31]具有重要价值。

有学者对校园不同区域的声景观及芳香植物现状调查研究发现，教学区、生活区与临湖休闲区由于功能性质不同，其声环境类型、频率及声舒适度差距明显，且芳香植物的栽种要求也根据区域属性和心理需求有所不一。结合本研究结果，在未来校园绿地设计中要考虑：1)营造多样化环境体验：针对功能区的特征不同，在教学区与生活区选择优化声环境，辅以芳香植物种植；在休闲区考虑不同香型芳香植物的搭配；2)考虑嗅听元素与整体环境的协调性，达到1+1大于2的效果；以及运用芳香植物的减压保健作用缓解心理压力和响度大的喧哗声与施工声带来的负面情绪。