【知識專欄】光學新視野：從鈣鈦礦到光生物調節 (PBM)，探索 ADHD 支持的潛力

ADHD：神經發展疾患的多重機制

注意力不足過動症（Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder, ADHD）是一種神經發展性疾患，全球盛行率約為 5–7%【Polanczyk et al., 2015】。臨床症狀包括專注力不足、衝動行為及活動過度，其病理機制牽涉多層次的神經功能異常：

•前額葉皮質（Prefrontal Cortex, PFC）低活性

前額葉負責執行功能、專注控制與情緒調節。功能不足與多巴胺（DA）及去甲腎上腺素（NE）神經傳導量下降密切相關。

•神經網絡失衡

研究指出 Default Mode Network (DMN) 過度活化，使患者在靜息狀態下仍維持內在思緒活動，導致專注困難；同時，前額葉－基底核迴路（PFC–basal ganglia circuit）失衡，造成衝動控制障礙。

•神經炎症與能量代謝異常

ADHD 個案常伴隨線粒體功能下降與 ATP 產能不足，影響神經元放電穩定性。此外，慢性炎症與氧化壓力被視為加重病程的重要因子【Joseph et al., 2021】。

光生物調節 (PBM)：從細胞能量到神經調控

光生物調節（Photobiomodulation, PBM）利用紅光與近紅外光（600–1100 nm）穿透頭皮，對腦細胞產生光化學作用。其分子機制涵蓋多個層面：

1. 線粒體活化

紅光被細胞色素 c 氧化酶（Cytochrome c oxidase, CCO）吸收後，促進電子傳遞鏈運作，提升 ATP 生成。能量提升使神經元放電與突觸傳導更穩定。

2. 鈣離子訊號調節

PBM 誘發細胞內 Ca²⁺ 流入，啟動 ERK/CREB 訊號路徑，增強突觸可塑性與長期增益（LTP）。

3. 神經滋養因子上調

光照後可促進腦源性神經滋養因子（BDNF）表現，支持突觸新生與學習功能。

4. 抗發炎與抗氧化效應

PBM 可抑制促發炎細胞激素（TNF-α、IL-1β）並提升抗氧化酵素（SOD、Catalase），有助於恢復神經內環境穩定。

5. 腦血流與氧合改善

近紅外光能擴張微血管、增加局部氧合，特別有助於改善前額葉皮質代謝與功能活化。

臨床與實驗證據：PBM 在 ADHD 的應用潛勢

兒童與青少年族群

Cassar 等人（2022, Front Psychiatry）針對 36 名 ADHD 兒童施以 810 nm 經顱 PBM（tPBM），每次 20 分鐘、每週兩次，共 8 週。結果顯示：

•CPT-II 反應時間縮短 18%、錯誤率下降 22%

•家長問卷顯示情緒爆發頻率顯著減少

Barrett 等（2021, Neuroscience）以 852 nm PBM 作用於額葉四週後，Conners’ 家長評量表中衝動控制分數改善約 15%。

成人 ADHD 與認知功能

Salehpour 等（2019）對成人 ADHD 患者使用 810 nm tPBM 8 週後，工作記憶表現（n-back test）提升 27%，睡眠品質（PSQI）改善 18%。

而 Gonzalez-Lima 與 Barrett（2014）以 1064 nm 光刺激健康成人，證實學習速度增加 15%，焦慮感下降。

動物模式

Yoo 等（2017, Neurosci Lett）在大鼠額葉施以 808 nm 光照後，BDNF 表現顯著上升、衝動行為減少。Naeser 等（2011, Photomed Laser Surg）亦發現 PBM 可提升突觸蛋白及樹突棘密度，顯示神經可塑性增強。

鈣鈦礦與半導體：新世代光學技術

PBM 的核心在於「穩定且精準的光源」。

•半導體光源

•810 nm：具高穿透率，作用於額葉皮質。

•660 nm：淺層光刺激，調控皮質神經活性。

•940 nm：可深入邊緣系統，影響情緒調節中樞。

•鈣鈦礦光學材料（Perovskite Optoelectronics）

具高光電轉換效率（>25%），波段可調控於 650–900 nm 範圍，覆蓋 PBM 主要治療頻段。其柔性製程特性讓穿戴式、貼片式 PBM 裝置成為可能【Lin et al., 2022】。

貼片式 PBM：臨床實踐的新方向

傳統 PBM 設備體積龐大，不利於兒童日常應用。近年開發的貼片式 PBM將光療轉化為低能量、可穿戴的模式：

•作用原理：

內建微型 LED／半導體光源，間歇輸出紅光與近紅外光，避免熱效應。可針對額葉或自主神經節點，模擬自然日光調節。

•臨床觀察：

在持續使用 4–8 週後，觀察到兒童入睡潛伏期縮短、夜醒次數減少；家長普遍反映情緒穩定度提升、日間專注時間延長，並於 CBCL 行為評估中呈現正向變化。

此趨勢意味著 PBM 已從「實驗室臨床研究」走向「實際生活支持工具」，具潛在的非藥物介入價值。

結語

ADHD 的病理本質涵蓋前額葉功能低下、神經傳導不足、炎症反應與能量代謝障礙。

光生物調節（PBM）透過線粒體活化、BDNF 上調、抗發炎與血流改善等多重途徑，展現出改善專注與情緒調控的潛力。

結合鈣鈦礦與半導體光學技術，PBM 正朝向輕量化、穿戴化的臨床應用發展，預示光學科技在 ADHD 支持療法中的新篇章。

📚 參考文獻

[1] Barrett, D. W., & Gonzalez-Lima, F. (2013). Transcranial infrared laser stimulation produces beneficial cognitive and emotional effects in humans. Neuroscience, 230, 13–23. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2012.11.016
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