期刊精粹 |【2016.4期优先看】恢复性自然环境对城市居民心智健康影响的荟萃分析及规划启示

1 研究背景

1.1 建成环境对健康的影响

随着城市化的加速和城市人口的增加，在人们生活水平显著提高的同时，各种城市疾病越来越突出。自20世纪末中国城市化进程持续增长，城市化率以年均1个百分点持续增长了20余年。以上海为例，2005—2014年10年间，城市人口增长29%，约489万人，建成区面积从820k㎡增长到999k㎡，而近五年新增建成区面积一直维持在15%左右。随着城市化进程的推进，城市中的各种疾病日趋蔓延，心理问题日益突出。近几年实证调查研究数据表明，中国的城市化发展对城市居民心理健康的影响，已影响到大脑功能，并导致精神疾病的发病率增加及病症加重。

越来越多的研究开始探索城市生活和情绪行为障碍（Emotional and Behavior Disorder）、心境障碍（Mood Disorder）、神经系统疾病等的统计关系——已成为城市健康研究的国际研究前沿热点。托斯特（Tost）等人2015年在《自然—神经科学》（Nature Neuroscience）上就城市环境对居民健康的影响进行了综述。他们指出尽管城市居民一般生理健康水平优于乡村居民（主要是因为教育、经济、医疗设施），但精神健康却低于乡村居民；且15岁以前所居住的城市环境对心理健康的负面影响最为显著。目前解释城市社会环境对精神健康影响的主流理论是社会漂移理论（Social Drift），即不良的精神健康水平导致社会水平向下移动。托斯特等指出，城市环境对心智健康的影响主要来源于两大类心理压力源：一个是高复杂度、高异质性、高变化率的城市景观及其中有害的社会环境，另一个是被迫缩短的社会距离以及对个人空间的入侵。

对于城市规划设计师而言，我们对下面这些问题感兴趣：暴露在不同的环境中，将如何影响人们的应激反应和情绪，进而如何影响人们的心智健康和认知能力？是否可以通过研究人对于不同环境的情绪反应以及认知能力变化，设计更有利于人心智健康的城市环境？西方关于环境感知的研究表明，对比建成环境，更多接触自然环境对城市居民的生理及心理健康都有恢复性的良性影响。按照马斯（Maas）等人就绿地布局和流行病分布的相关统计结果表明，在公园1km半径内居住，经常接触绿地的居民，其冠心病、脖颈及肩周疾病、背部疾病、抑郁、焦虑、上呼吸道感染、气喘、偏头疼、头晕、肠道疾病、尿路感染等诸多疾病的发病率显著低于居住在离公园更远地区的居民。

自然环境对人的健康影响，可以概括为情绪健康和认知健康两个方面，统称为心智健康。其中情绪健康主要包括减轻焦虑等负面情绪促进正面情绪、降低血压、减缓压力等。认知健康主要表现在提高注意力和改善工作记忆两方面。也有一部分将情绪和认知两种影响结合考虑，评价为自然环境的综合恢复性体验。

1.2 理论背景及主要研究进展

1.2.1 有关情绪的理论

因为大部分恢复性影响集中体现在情绪和认知能力上，所以在了解自然对人的恢复性健康影响之前，必须先了解环境心理学关于情绪的理论。拉塞尔（Russell）把情绪的文字描述进行主成分分析，发现大部分情绪可以简化成一个二维模型（图1）。

图1 拉塞尔情绪模型

拉塞尔指出复杂的情绪可以被简单的理解成两个主要维度，一个是和偏好程度相关的情绪效价（Valence），即图中的Y轴，从喜欢（第一、第二象限）到不喜欢（第三、第四象限）；另一个和兴奋程度相关的情绪唤醒度（Arousal），即图中的X轴，从低兴奋度（第二、第三象限）到高兴奋度（第一、第四象限）。研究情绪的认知心理学综述指出，将情绪效价和唤醒度分开测量集中分析的效果，其效果要远好于离散的情绪指标测量。

1.2.2 自然环境对健康恢复性影响的理论

主流学术观点认为自然环境比起建成环境，具备对情绪和认知的某种正面修复性效应。证明自然对心智健康的这种修复效应主要有三种研究方法：流行病学研究、问卷调查和实验。其中实验方法能够更严格地控制工作压力、医疗水平、经济水平等影响健康的其他外部因素。目前实证表明自然环境对人的恢复性健康影响主要体现在以下四个方面。

（1）对情绪效价的影响。一般来讲，更加自然的环境刺激容易引发更加正面的情绪，而更加城市化的环境却更容易引起负面的情绪，持续的负面情绪对心智健康是有害的。情绪效价方面的研究，同审美偏好研究有密切的联系。

（2）对唤醒度的影响。卡普兰（Kaplan）的减压理论（Stress Reduction Theory）认为恢复性主要体现在生理心理应激兴奋及其引发的疲劳的恢复上。乌尔里希（Ulrich）指出人对于各种（包括环境在内的）刺激下产生不同程度的心理或生理兴奋反应（即唤醒），这种反应往往是不受文化社会影响的一种本能反应。持续一定时间的兴奋/压力容易引起疲劳，持续的兴奋状态对心智健康是有害的。自然环境能够缓解这种生理或心理的兴奋，而大部分城市环境只会加剧这种兴奋。

（3）对认知能力（主要是注意力）的影响。卡普兰的注意力恢复理论（Attention Restoration Theory）认为自然的恢复性主要体现于对注意力的恢复。他指出注意力分为两种：一种需要消耗精力，比如读书、工作等；一种不需要消耗精力，比如观察自然。前一种持续一定时间以后注意力会耗损，人会疲倦；而后一种不需要消耗精力的注意力活动对前一种需要消耗精力的注意力有一种修复效果。所以在我们工作了一段时间疲倦的时候，看一会儿自然甚至是自然的照片可以帮助我们更好地集中精力工作。

（4）对主观恢复性综合评价的影响。在卡普兰注意力恢复性理论基础上，哈蒂格（Hartig）针对恢复性环境的四大特征（远离度[Being Away]、魅力度[Fascination]、延展性/和谐性[Extent/Coherence]、相容性[Compatibility]）设计了主观恢复性量表，并在此基础上进一步拓展了活力、新颖性等特征。

学者往往认为环境对情绪效价、唤醒度、认知能力和主观恢复性综合评价这四方面是相互影响、相互作用的。虽然有越来越多的实验实证支持环境对人的情绪、认知等心智健康的影响，但由于大部分研究实验样本量比较小，测量关注的方面也有限，造成研究之间的结论前后一致性较弱，结论的外在效度（External Validity）欠佳。虽然有一些综述和荟萃分析的文献，但尚无分类统计的荟萃分析。故本文将分别按照情绪效价、唤醒度、认知能力和主观恢复性综合评价这四方面，对建成环境和自然环境对于情绪的影响进行分类的量化分析。

2 研究目的及方法

2.1 研究目的

为了对建成环境和自然环境对人的情绪和认知等心智健康的实证影响有一个更完整的视角，研究搜集了在建成环境和自然环境中短期暴露对人心智健康影响的相关文献，就其在主观恢复性综合评价、情绪效价、唤醒度、认知能力等四个方面的影响进行了荟萃分析，并对其效应进行系统量化分析，旨在更好地量化自然和城市建成环境在这四方面对人的心智健康的影响。研究将回答以下具体问题：

（1）目前针对自然和城市建成环境对人们心智健康影响的实验，分别主要采用什么测量手段和指标来描述并测量主观恢复性综合评价、情绪效价、唤醒度和认知能力？

（2）就目前文献的实证证据而言，自然和城市建成环境对人心智健康的影响，从这四方面来讲，究竟差异有多大？

（3）有没有新的技术和手段可以帮助我们更好地测量不同环境对这四个方面心智健康的影响？

2.2 研究方法

本研究采用了荟萃分析（meta-analysis, 又称元分析）方法。荟萃分析是采用将若干实验结论通过统计标准化手段进行整合，得出可靠性高的整合评价方法。荟萃分析中评价各实验最重要的标准化指标是效应量（Effect Size），本文采用了效应量测度最常用的指标之一——标准化均值差（SMD: Standardized Mean Difference），用来描述自然环境和城市环境对心智健康影响的差异。

本研究在Google Scholar、ScienceDirect和WebofScience等数据库中，利用恢复性环境（Restorative Landscape），注意力恢复理论（Attention Restoration Theory），减压理论（Stress Reduction Theory），绿色/自然（Green/Nature）的健康效应/幸福感（Health Benefit/Well-being）等作为关键词组合，并根据卡普兰和乌尔里希的两篇标志性文献作为被引指标进行进阶搜索，初步统计获得文献131篇。去除重复以及同主题关系弱的，进一步获得63篇关于建成环境和自然对人们心智健康影响的文献（表1）。我们对这63篇文献考察的具体实验环境、关注方面以及具体采用的测量指标进行了分析。可以看到，大部分文献主要考量的是自然和城市建成环境的对比。但值得注意的是，这些文献对于自然和城市的界定标准并不统一。自然既包括原生自然，也包括人工自然的环境；而城市同样也包括有一定绿化和完全没有绿化的两种城市建成环境；然而几乎没有文献同时考察了原生自然、人工自然、有绿化建成环境、无绿化建成环境这四级梯度的景观类型。所以如果需要进一步量化不同自然梯度对人的恢复性影响，还有赖于景观类型更为完整的实验设计。

表1 建成环境和自然对心智健康影响的文献列表（n=63）

在63篇文献的基础上，研究进一步去除了未能成功获得原文的样本（n=7），没有同时汇报方差和均值的样本（n=20），或不涉及自然和建成环境对比的样本（n=8），以及其他原因（n=7），最终筛选出21篇文献（表2）。针对这21篇文献，我们进一步考量了实验干预的方法（如刺激是采用照片还是实景，参与实验的被试人员是运动的还是静止的等等），参与实验被试的构成以及招募方式，实验设计的类型，有无前测等。我们特别将主观恢复性综合评价、情绪效价、唤醒度、认知能力四个方面的影响分别列出，并把不能纳入这四个方面的量化指标一律列入其他。我们可以看到，在考察的21篇文献对于恢复性体验的量化评价中，主要集中在主观恢复性综合评价、情绪效价和认知水平三个指标，对于唤醒度的测量相对比较薄弱。

表2 用于荟萃分析的文献列表（n=21）

3 研究结论

3.1 环境影响研究中的测量方法

根据环境对心智健康影响的四个主要方面——主观恢复性综合评价、情绪效价、情绪唤醒度和认知能力——分别介绍荟萃分析文献实验主要采用的测量方法。

3.1.1 主观恢复性综合评价

主观恢复性综合评价最主要测量方法是哈蒂格的主观恢复性量表（PRS: Perceived Restorative Scale）。该量表主要考察恢复性环境中的远离度（Being Away）、魅力度（Fascination）、延展性/和谐性（Extent/Coherence）和兼容性（Compatibility）四个关于环境体验的主观恢复性综合性评价指标。综合主观恢复性指标是对于环境体验的综合性描述，既体现了和情绪效价相关的兴趣（如魅力度指标），也体现了潜在的活动可能（如兼容性），以及环境认知中和平时环境场景的综合判断（远离度、延展性/和谐性）。

3.1.2 情绪效价

对于情绪效价的测量主要针对情绪描述，考察手段以量表和问卷为主，最常采用的是用来描述实时情绪感受的情绪状态量表（POMS: Profile Of Mood States）和正负情绪量表（PANAS: Positive And Negative Affect Scale）。其他使用的还有针对运动体验的运动导致情绪量表（EFI: Exercise-Induced Feeling Inventory）和跑步思虑程度量表（TDRS: Thought During Running Scale），针对负面情绪的负面情绪量表（NMS: Negative Mood Scale）等。除了量表测量情绪效价之外，也采用问卷和访谈进行考察，或者直接测量相关表情肌的肌电电压。

3.1.3 情绪唤醒度

对于情绪唤醒度的测量主要针对焦虑的主观感受和自主神经兴奋，考察手段以量表和生理测量为主。量表方面主要依靠状态焦虑量表（SAI: State-Anxiety Inventory）和负面情绪量表的焦虑抑郁指数和情绪状态量表中的焦虑指数。生理测量方面主要通过采集手指血流脉冲（BVP: Blood Volume Pulse）测量唤醒度。

3.1.4 认知能力

对于认知能力的测量主要针对注意力以及短时工作记忆，考察手段主要采用认知实验。具体实验测量包括正序和倒序的数字广度测试（DSF/DSB: Digital Span Forward/Backward），注意维持任务测试（SART: Sustained Attention to Response Task），内克尔立方体双向稳态图形测试（NCPCT: Necker Cube Pattern Control Task），数字标示测试（SDMT: Symbol Digit Modalities Test），注意力网络测试（ANT: Attention Network Test），注意力功能测试指数（AFI: Attention Function Index）等多种测试方式。认知能力除了采用认知心理学标准测试之外，也有采用问卷访谈和脑电频谱能量测量的。

3.2 环境对心智健康影响的效果

我们对21个文献中汇报了其均值、方差及有效样本量的有效指标进行筛选总结，根据具体的指标类型进行进一步分类荟萃分析，最后分别就指标分类及具体指标观测结果的统计效应量展开汇报。

3.2.1 主观恢复性综合评价

相对于城市环境，人们对自然环境有更高的恢复性体验（表3,分项综合SMD=1.28, p<0.001）。在哈蒂格恢复性量表的各项指数中，最能体现自然和城市差距的是远离度（SMD=2.51, p<0.001）。这一定程度反映了在城市化影响的当下，生活环境中的自然要素逐渐减少，人们对于自然的向往首先体现在这种可以暂时脱离日常的城市环境的需求上。恢复性量表的其他几个常用指标，包括延展/和谐性（SMD=1.38, p<0.001）、魅力度（SMD=0.65, p<0.001）、相容性（SMD=0.85, p<0.001），以及新颖性（SMD=1.11, p<0.001）都能够捕捉到城市环境和自然环境体验的明显差异，但活力指标的差异却并不明显。另外，部分学者采用的恢复性期望指标（Likelihood of Recovery）也观测到明显的城市和自然的预期体验差异（SMD=2.53, p<0.001）。值得注意的是，这种预期差异比实际体验差异更显著，可能反映了人们的真实体验和加工后记忆之间存在的差异。换句话说，自然的恢复性体验可能不仅会引起当下体验的情绪幸福感的提升，更在体验的记忆加工中被强化，可能会对体验者的生活满意度造成更显著的影响。

表3 恢复性体验的各项指标

3.2.2 情绪效价

相对于城市环境，自然环境能够有效促进正面情绪产生，缓解负面情绪（分项综合SMD=1.37, p<0.001）。值得注意的是，环境暴露对于正面情绪的作用要明显高于对负面情绪。自然环境能更有效地减少愤怒（SMD=1.99, p<0.001）和抑郁（SMD=0.052, p=0.003）等情绪，并有效提高快乐（SMD=0.63, p=0.001）的情绪。与这种情绪调节一致的，自然也更能够诱发人们的偏好喜爱（SMD=1.99, p<0.001）和正面综合态度（SMD=1.54, p<0.001）。即使我们不能清楚地解释为什么，但我们却能够快速指认自己喜欢或者不喜欢的事物，并且具备高度的一致性。这是因为我们的大脑除了我们通常意义上的思考之外，还有一个快速的处理系统，被卡内曼（Kahneman）称为系统1，这个系统往往是自下而上的，不少反应常常是不被人知觉的，或者说是域下的，有些则以情绪的形式被知觉。这很可能就是为什么我们能够明确指认比起城市环境我们往往更喜欢自然环境，但是却并不能很好地说明原因的缘故。在情绪效价指标体系中，有些指标在本次荟萃分析中并没有显示出足够明显的效应，比如POMS量表的综合指标及情绪混乱度指标，以及根据PANAS量表测量出的正情绪强度等（表4）。

表4 情绪效价的各项指标

3.2.3 情绪唤醒度

相对于城市环境，自然环境能够有效平复潜在的情绪唤醒，让人们恢复平静（分项综合SMD=-0.99, p<0.001）。值得注意的是，对自主神经的生理测量，如BVP血流脉冲（SMD=-25.34, p<0.001），可以很明显地考察情绪唤醒度，这比考察脑电alpha（SMD=0.00, p=0.984）这样的复杂的中枢神经或如焦虑（SMD=0.63, p=0.007）、焦虑/抑郁（SMD=-0.32, p=0.442）、紧张（SMD=-0.45, p=0.022）这样的人们的域上情绪知觉要明显很多。这和大脑系统1中的大量自下而上的情绪知觉加工是一致的（表5）。

表5 情绪唤醒度的各项指标

3.2.4 认知水平（注意力）

对认知水平的考察主要集中于对注意力的研究。相对于城市环境，自然环境对于认知水平的提高并不十分明显（分项综合SMD=0.10, p=0.062）。对于注意力，自然体验究竟是提高了还是降低了，存在貌似冲突的结论。这种冲突可能是因为自然对于认知水平的影响是综合的。一方面自然环境能够提高人的短时记忆力（SMD=0.46, p<0.001），这和卡普兰的注意力恢复理论的主张是一致的；另一方面，考察更为高级的具体功能性注意力网络时，可以发现经过短暂的自然环境体验后，人的执行网络（SMD=-0.185, p<0.001）、方位网络（SMD=-2.77, p<0.001）和警觉网络（SMD=-1.02, p<0.001）都有一定下降，而城市体验后却无此现象。目前尚缺乏足够的实验证据解释为什么会出现这种现象（表6）。

表6 认知水平的各项指标

4 规划设计建议

自然对心智健康有明显的影响，但很多城市居民接触自然的机会非常有限，特别是原生自然。出于规划设计考虑，哪些规划设计措施能够最有效地提高城市居民心智健康？

（1）合理化城市绿地系统布局，改善城市绿地的可达性

城市中的人工自然环境（如公园、绿色开放空间）能够有效提高城市周边居民的心智健康水平。同样进行半小时到一小时的体育锻炼（行走或慢跑），在人工自然环境中锻炼比在有绿化的建成环境中锻炼更能促进心智健康。故此，合理化城市绿地系统布局，改善城市绿地的可达性，可以改善城市居民的心智健康水平。

（2）提高户均绿视率，改善居住区绿地健康效益

合理绿地周边布局和界面设计，提高居住区设计绿视率和视觉质量。对低收入公租房住户的研究表明，同样是居住建筑开窗，有乔木组合较高绿视率的住户较单调草坪的较低绿视率的住户，前者攻击性和暴力行为有明显降低，表现出较好的情绪调节能力，同时其注意力等认知能力有明显提高。

建议在居住区设计中，适量提高乔木大灌配置，控制草坪比例，提高垂直绿化，鼓励立体绿化、阳台绿化，切实改善居民的绿色体验。目前居住区设计对绿地的控制主要只考察绿地率，很少涉及绿视率。为了提高居住区绿地的健康效益，建议在居住区控制性规划中引入户均绿视率指标。

（3）在医院、学校、养老院等场所设计中，应适当考虑特殊心智健康需求

研究表明医院中合理的绿化配置和病房可见度，可以有效降低止疼药使用和炎症反应；学校中合理绿化布置和可见度（特别是食堂休息区的可见度）能有效提高学生认知水平和标准化考试成绩；而公租房的住宅绿视率较高的住户也表现出较高的生活自理能力。故此，在医院、学校、养老院等设计中，应适当考虑特殊心智健康需求，从绿地可达性和视觉可达性入手，最大化绿地的健康效应。

5 结语

综上所述，文献已经积累了自然恢复性体验对人健康影响的一定证据，为循证设计提供了基础。目前文献证据大部分集中在主观恢复性综合评价（n=44）和认知水平（n=30），主要是对卡普兰的注意力恢复性理论进行检验。虽然观看环境的被试人员对于主观恢复性评价有显著的效应量（SMD=1.28），但对认知水平的影响尚不显著（SMD=0.10），存在貌似冲突的结论。对于情绪效价（n=12）和情绪唤醒度（n=11）的研究相对要少一些，主要是针对情绪调节和乌尔里希的减压理论进行检验。结论显示自然体验有明显的情绪调节（SMD=1.37）作用，可以促进正情绪，减轻负情绪。相对而言，对正情绪的促进作用比对负情绪的缓解作用更为明显。同时，自然环境能够有效地减轻情绪唤醒（SMD=-1.00）。相对而言，采用测量自主神经检验唤醒的效果显著优于采用量表的效果。

在过去的30多年里，自然恢复性体验对健康的影响，已经由早期的注意力恢复和减压两大理论逐步拓展成初具实证证据的循证科学。循证设计指的是能够有效量化预测设计策略的后果及其概率，并可通过实证证据进一步验证修正的设计方法。但其中很多重要的问题，如自然环境对于具体认知任务的影响，以及情绪效价、情绪唤醒度和认知能力之间的作用机制，目前尚无实证支撑的成熟理论解释。

随着神经认知技术的发展，我们能够更好地测量并描述不同环境对人的情绪和认知的影响。目前，采用核磁、脑电、近红外、眼动、电生理等多种手段探测环境认知过程中人的情绪体验、认知能力、认知过程已成为新的研究热点。随着越来越多便携式仪器的普及，实验者可以在现实的环境下真实地捕捉即时的环境体验。借助便携式脑电仪，通过分析人在认知环境过程中的脑电网络特征，可以初步发现，人脑在感受自然环境时脑功能链接呈现更好的小世界特征，并具有更高的团簇系数，一定程度说明是更高效、更利于认知任务的脑网络连接。同时脑网络呈现出明显无尺度网络的幂率分布特征，并呈现出不同的斜率分布，而这种网络特性可能和脑网络的计算效率有关。借助便携式电生理仪，我们可以实现环境行走体验过程中脑电、心电、皮电、皮温、呼吸等多项生理指标的采集，并在此基础上绘制出不同人环境体验时压力源和兴趣源的情绪地图。在这些技术的推动下，我们将进一步扩展对自然恢复性体验以及健康影响的知识，实现基于实证的健康循证设计。

作者：陈筝，博士，同济大学建筑与城市规划学院景观学系助理教授。[e-mail]；翟雪倩，代尔夫特理工大学景观硕士研究生；叶诗韵，上海建工设计研究院有限公司；张颖倩，同济大学建筑与城市规划学院景观学系硕士研究生；于珏，同济大学外国语学院助理教授

本文刊于《国际城市规划》2016年第4期，pp16-26

（公众号排版：赵大伟）

本文为本订阅号原创

欢迎在朋友圈转发，转载将自动受到“原创”保护

点击下方“阅读原文”查看更多