2025年9月4日 星期四

重複經顱磁刺激(rTMS)在帕金森氏症與非典型帕金森症治療中的應用

重複經顱磁刺激(rTMS)在帕金森氏症與非典型帕金森症治療中的應用

帕金森氏症(Parkinson’s disease, PD)以及多系統萎縮、進行性核上性麻痺、皮質基底節退化症等「非典型帕金森症」(又稱帕金森附加症候群、Parkinson-plus)都是中樞神經退化性疾病,患者會出現動作遲緩、僵硬、顫抖等運動症狀,並常伴隨姿勢不穩、步態異常以及認知、情緒等非運動症狀。目前帕金森氏症主要藉由藥物(如左旋多巴)改善症狀,但長期療效遞減且可能引起副作用(如異動症);非典型帕金森症對藥物反應更差,缺乏有效的疾病修正治療。因此,醫學界積極探索其他輔助治療策略。近年來,「重複經顱磁刺激(repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, rTMS)」作為一種無創的神經調控技術受到矚目。本文將整理多篇研究與臨床試驗結果,說明rTMS在帕金森氏症與非典型帕金森症中的治療潛力、臨床證據、作用機轉,以及刺激參數與刺激部位對療效的影響。

rTMS原理與神經調控機轉

重複經顱磁刺激(rTMS)是利用磁場脈衝在頭皮上誘發電流來調節大腦皮質神經元興奮性的技術。rTMS的設備包括一個通電線圈,通電時線圈周圍會產生短暫的強磁場,該磁場可無痛地穿透頭顱,在大腦皮層誘發電流刺激神經細胞放電。通過改變刺激頻率和模式,rTMS可以造成大腦皮質可塑性的長時調節作用:一般而言,高頻rTMS(通常定義為≥5 Hz)或間歇性θ波刺激(iTBS,50 Hz短串以5 Hz重複)可以增加局部皮質興奮性,而低頻rTMS(≤1 Hz)或連續性θ波刺激(cTBS)則會抑制皮質興奮性。這種興奮性變化被認為與長期增益(LTP)或長期抑制(LTD)等突觸可塑性機制相關。透過重複多次的刺激療程,rTMS誘發的神經調控效應可持續數分鐘至數週甚至更長,對大腦迴路功能產生重組影響。

值得注意的是,rTMS對於腦網路的影響不僅局限於線圈正下方的皮質區域,還會透過神經連接影響遠端區域。例如,有研究發現刺激左側背外側前額葉皮質(DLPFC,屬非運動區)除了已知的抗憂鬱效果外,亦能改善帕金森患者的運動症狀,可能機制是刺激效應經由大腦網路傳遞至其他皮質及皮質下運動迴路。這凸顯了選擇適當目標區的重要性:針對不同症狀,可選擇初級運動皮質(M1)、輔助運動區(SMA)、前額葉皮質甚至小腦等作為刺激靶點,以期產生最佳療效。

在刺激參數方面,研究顯示刺激頻率、強度、脈衝數量與療程長度皆會影響最終效果。高頻(如10~20 Hz)及iTBS等促進性刺激往往用於提升帕金森患者受損的運動迴路興奮性;低頻及cTBS抑制性刺激則可能用於降低異常亢進的β頻率神經放電(帕金森病理節律)來改善症狀。刺激強度通常以個體的運動閾值(RMT)為基準,例如設定為RMT的90%或100%等。此外,每次療程給予的總脈衝數(例如單次 session 包含數百至數千發刺激)以及總療程天數(如連續5天、2週或更長)也會影響治療效應強度——多數研究顯示,增加刺激總量(更多的pulse數與更多的療程天數)可增強並延長rTMS效果。

以下示意圖說明rTMS對大腦與肌肉的作用機轉。線圈放置在頭皮上誘發穿透顱骨的磁場和皮質電流,激活皮質神經元,經皮質脊髓通路引發周邊肌肉收縮,可於肌電圖上記錄到運動誘發電位(MEP)。此技術也可用成對刺激評估皮質抑制/促通功能,如圖中所示短間隔皮質內抑制(SICI)、皮質內促通(ICF)等現象。

rTMS在帕金森氏症的臨床療效證據

對運動症狀的影響與證據

大量臨床試驗和分析已評估rTMS對帕金森氏症運動症狀的療效。總體而言,結果支持rTMS對帕金森主徵(如肢體動作遲緩、步態和平衡)有輕至中度的改善作用。Wagle-Shukla等人在一項涵蓋多項研究的統合分析中發現,相較安慰刺激,rTMS治療可使帕金森患者統一帕金森評分量表(UPDRS)運動分數平均改善約4分。雖然4分的改善幅度屬於「輕度」臨床效益,但仍代表患者運動功能有統計上顯著提升。該分析也指出,各研究間結果存在一定差異,可能與刺激參數(頻率高低、刺激部位、線圈類型、脈衝數及療程長短)不同有關。

針對不同運動症狀,rTMS的療效略有差異。高頻刺激M1(初級運動皮質)被最多研究,報告顯示其能改善患者的肢體動作遲緩(bradykinesia)以及減輕靜止性震顫等。有系統回顧指出,高頻rTMS或iTBS作用於M1和輔助運動區(SMA),能顯著改善帕金森氏症患者的整體運動障礙、步態功能和平衡能力,同時副作用極少。尤其在步態與姿勢方面,一些研究觀察到接受rTMS後患者的6分鐘行走測試距離、站立平衡時間等指標有進步。

另一方面,低頻rTMS主要被應用於抑制過度興奮的腦區,以治療像帕金森異動症(長期用左旋多巴引起的不自主運動)等症狀。有研究在帕金森異動症患者上應用低頻rTMS刺激額頂葉補足運動區(pre-SMA),結果顯示異動症狀有明顯減輕。此外,小腦也是近年興趣提高的刺激靶點之一。帕金森病人的小腦與運動迴路存在功能聯繫,小腦rTMS可能透過調節小腦-大腦皮質迴路來影響步態和平衡。有初步證據顯示,小腦區域的高頻rTMS在部分患者可改善步態穩定性,減少跌倒風險。不過,小腦刺激在PD中的應用仍在探索階段,需要更多研究確認有效性。

整體來說,rTMS對帕金森氏症運動症狀的改善屬於「輔助治療」性質。目前的證據支持其對運動功能有正向影響,但效果程度通常不如藥物或侵入性療法(如腦深部刺激手術DBS)那樣顯著。然而,rTMS具備非侵入、安全副作用少的優勢,可反覆施作,因而被視為具有潛力的輔助療法之一。未來若能透過更多大型隨機對照試驗明確最佳刺激參數,相信rTMS有望成為帕金森氏症標準治療的有益補充。

對非運動症狀與其他方面的影響

除了運動症狀,帕金森氏症患者常見的非運動症狀(如憂鬱情緒、認知功能下降、睡眠障礙等)對生活品質也有重大影響。令人鼓舞的是,rTMS在改善這些非運動症狀上也展現出潛力。特別是針對憂鬱與焦慮,rTMS刺激左側DLPFC已是美國FDA核准的治療重度憂鬱症手段,許多帕金森氏症合併憂鬱的患者在接受此類前額葉高頻rTMS後,情緒症狀有所改善。同時有初步報告指出,rTMS對帕金森相關的焦慮症狀、疲勞感也可能有緩解作用。

認知方面,帕金森氏症患者有時會出現輕度認知障礙甚至失智。一些研究探索了rTMS對認知功能的影響。例如,以高頻rTMS刺激雙側M1或前額葉,有報導顯示患者在注意力、工作記憶等測試上有輕度提升。機制上推測,rTMS可能透過促進腦網路連結性、增加局部血流與代謝來改善認知相關腦區功能。不過,目前認知效益的證據仍不如運動症狀明確,需要更嚴謹的臨床試驗加以驗證。

在其他非運動領域,如睡眠障礙和疼痛方面,亦有少量研究涉足。高頻rTMS改善睡眠的效果可能是間接的,透過減輕帕金森症狀(僵硬、疼痛)進而提升睡眠品質。對於慢性疼痛,刺激初級運動皮質M1已在其他疼痛疾病中證實有止痛效果,一些帕金森患者的研究也顯示rTMS可減輕肌肉骨骼疼痛。

總而言之,儘管rTMS主要目的是改善運動症狀,但其對帕金森氏症非運動症狀的潛在助益不容忽視。由於帕金森疾病影響廣泛的大腦網路,透過rTMS調節特定腦區的興奮性,有機會產生多層面的療效。未來需要更多研究去確認最佳的刺激靶點與參數,以針對不同非運動症狀達到最大幫助。

rTMS在非典型帕金森症中的應用

所謂非典型帕金森症(APD)包括多種帕金森加症候群,最常見的是多系統萎縮(MSA)、進行性核上性麻痺(PSP)、皮質基底節退化症(CBD)以及路易體失智症(DLB)。這些疾病除了帕金森樣的動作遲緩、僵硬外,各有其特殊症狀(如小腦共濟失調、眼球運動麻痺、早發嚴重跌倒、失智等),且對左旋多巴等典型藥物反應較差。由於傳統治療有限,研究人員也開始將rTMS應用於這些罕見退行性疾病,希望尋找新的改善途徑。以下分別說明目前已報導的rTMS在主要非典型帕金森症中的研究進展。

多系統萎縮(MSA)

多系統萎縮分為以帕金森表現為主的MSA-P和以小腦失調為主的MSA-C兩種類型。已有數篇小型研究和個案報告探討rTMS對MSA的療效。整體而言,結果初步顯示rTMS在MSA患者身上是安全且可能有益的。例如,Chou等人(2015年)對MSA患者施以為期5天的高頻rTMS(刺激雙側M1),結果發現患者的運動功能評分在短期內有所改善,部分患者的平衡與步態也獲得輕度提升。另外,Yildiz等(2018年)在MSA患者進行前額葉rTMS的對照試驗,報告指出刺激組的患者在情緒和自主神經症狀方面有一些改善趨勢。

針對MSA-C的小腦共濟失調症狀,研究人員也嘗試以刺激小腦來干預。Benussi等人(2015年)使用持續20分鐘的小腦陽極經顱直流刺激(tDCS,一種與rTMS類似的非侵入性刺激)於6名MSA-C患者,結果患者的共濟失調評分(SARA量表)顯著改善,手部協調和步態測試表現也優於安慰組。這項成果鼓勵了進一步使用rTMS作用於小腦的嘗試。近期一項系統性綜述總結了截至2020年的9項NIBS技術應用於MSA的研究,其中3項為隨機對照試驗(含上述Benussi等的tDCS研究)。雖然研究樣本數有限,但大多數報告了運動或認知方面的某種程度改善,且未出現嚴重副作用。

一項對20名MSA患者進行的研究(Song等人,2020年),使用小腦間歇性θ波刺激(iTBS)作為干預,在10個工作日內給予患者連續的 cerebellar iTBS,並利用TMS結合腦電圖(TMS-EEG)技術評估大腦網路的變化。結果發現,主動刺激組患者的小腦-前額網路連結在療程後增強,臨床上表現為平衡功能的改善和共濟失調評分的下降,且這種改善程度顯著高於假刺激組。該研究提供了「rTMS刺激小腦可改善MSA-C患者運動失調,作用機轉可能來自於恢復小腦-皮質可塑性」的有力證據。

總的來說,rTMS在MSA的研究仍屬起步階段,但初步結果令人鼓舞。無論是刺激運動皮質改善MSA-P的帕金森症狀,或刺激小腦改善MSA-C的共濟失調,都顯示出一定療效。後續需要更大型的隨機對照試驗來確認這些發現,並優化刺激參數以獲得持久臨床效益。

進行性核上性麻痺(PSP)

進行性核上性麻痺以早發的姿勢不穩、頻繁跌倒和眼球垂直凝視麻痺為特徵,對傳統治療反應極差。近年的研究將rTMS的目光投向PSP的小腦病變。病理解剖和MRI研究顯示,PSP患者的小腦體積減小且有Tau蛋白沉積,提示小腦功能障礙與其姿勢不穩症狀相關。基於此,Benussi等研究團隊推論小腦可作為PSP神經調控的潛在目標。他們首先發現PSP患者的小腦與大腦皮質之間的功能連結(稱作小腦抑制,CBI)顯著受損;接著在一項開放性試驗中,對10名PSP患者施行小腦θ波rTMS,結果證實CBI指標有所改善。

進一步的隨機對照研究也已展開。Martinelli等人(2021年)報導了一項雙盲交叉試驗,20名PSP患者分別接受一次真刺激和一次假刺激(皆為小腦θ節律脈衝,刺激定位在小腦中線區域)。評估結果顯示,在雙腳併攏和半坦德姆站立平衡測試中,真實刺激後患者無跌倒的維持時間顯著延長(相比假刺激,p=0.04);同時,透過腰部動作感測器量化的軀幹搖晃幅度、速度等指標也明顯改善。這意味著單次小腦rTMS就對PSP患者的姿勢穩定產生了短暫但可測量的積極影響。儘管療效維持時間尚待觀察(該研究僅評估即刻效應),此結果為PSP的非侵入性腦刺激治療帶來了希望。

總結PSP部分,目前證據提示小腦可能是干預PSP的合理靶點。一方面,小腦rTMS有機會改善PSP患者最棘手的姿勢與平衡問題;另一方面,也許透過增強小腦與大腦皮質的連結,可對抗PSP病程中因神經纖維束受損所導致的網路功能崩解。不過現有研究樣本數小且主要關注短期效應,未來需要更大型及多次刺激的試驗來證實其長期療效和安全性。

皮質基底節退化症(CBD)與路易體失智症(DLB)

相較於MSA和PSP,皮質基底節退化症(CBD)和路易體失智症(DLB)的病例更少,關於rTMS的研究極為有限。目前尚無大型研究專門針對CBD或DLB進行rTMS治療評估。僅有零星個案報告或將其納入混合研究中討論。

CBD患者通常有嚴重的單側肢體運動障礙(不協調、失用等)和認知功能衰退。理論上,rTMS若刺激運動皮質,可能改善其肢體功能;刺激前額葉則可能對認知/失智症狀有幫助。然而,截至目前文獻並未提供確切證據。部分帕金森病相關認知障礙的rTMS研究或許對CBD具參考價值,但仍需直接研究支持。

DLB則以顯著的認知波動、視幻覺和帕金森症狀並存為特點,其病理接近阿茲海默症與帕金森氏症的結合。已有許多研究探討rTMS對阿茲海默型失智的影響(某些認知功能可能受益),推測對DLB的認知症狀也可能有部分效果。另外,DLB患者的帕金森運動症狀理論上與PD相似,故rTMS對其運動症狀的影響方向應與PD一致。但由於DLB患者通常年齡較高、合併失智症狀,實施rTMS試驗需特別考量安全性和耐受度。目前尚缺乏專門針對DLB的大規模臨床資料。

綜上,對於CBD與DLB,rTMS的應用還幾乎是一片空白。未來若要在這兩種疾病上探索rTMS療法,或可先從個案系列、小規模試驗著手,觀察其安全性與可能的療效指標,再逐步擴大研究規模。

結論與未來展望

重複經顱磁刺激(rTMS)作為一種新興的非侵入性腦部刺激技術,在帕金森氏症及相關的非典型帕金森症治療上展現出可觀的潛力。對於帕金森氏症患者,累積的臨床證據已證明rTMS能帶來輕中度的運動功能改善,特別是在動作遲緩、步態和平衡等方面;同時對憂鬱等非運動症狀也有一定助益。雖然相較傳統藥物與侵入性療法效果仍有限,但rTMS提供了一個安全、副作用低且可重複施行的治療選項。

在非典型帕金森症領域,rTMS的研究還屬起步階段,但初步結果令人鼓舞。無論是MSA患者的小型試驗所見的運動和共濟失調改善、PSP患者單次小腦刺激後的平衡提升,都提示rTMS有機會成為這些棘手疾病的輔助治療工具。然而目前研究樣本數量偏少、隨訪時間短,難以得出定論。後續需要更多大規模、長期的隨機對照試驗來確認rTMS在這些疾病中的療效持久性並制定最佳刺激方案。

展望未來,rTMS在帕金森病理領域的應用有幾個值得期待的方向:其一,作為現有治療的協同輔助——例如在藥物治療穩定的基礎上加用rTMS,是否能進一步增進運動功能或減少藥物用量,有待研究證實。其二,探索rTMS是否具有某種「疾病修飾」效果,例如通過長期反覆刺激延緩神經退化進程,這在早期患者中特別具有吸引力。目前尚無明確證據支持此假說,但動物研究和神經生物標記的變化方向值得關注。其三,個人化精準治療:隨著對神經網絡與病理生理了解加深,未來也許能根據患者的臨床表現或生物標誌,選擇最合適的刺激靶點(如運動區 vs 前額葉 vs 小腦)及參數,實現因人制宜的最佳療效。

總而言之,重複經顱磁刺激為帕金森氏症及相關疾病的綜合治理帶來新的希望。儘管目前仍處於從研究走向臨床應用的過渡期,我們有理由相信,隨著證據的積累與技術的改進,rTMS有望成為帕金森氏症和非典型帕金森症治療方案中不可或缺的一環,在未來造福更多患者。

常見問題(FAQ)

Q1: 什麼是重複經顱磁刺激(rTMS)?其作用機制為何?

A1: 重複經顱磁刺激(rTMS)是一種非侵入性的神經調控技術,利用磁線圈在頭皮上產生快速變化的磁場,誘發局部大腦皮質電流,從而調節神經元的活動。簡而言之,rTMS就像對大腦施加反覆的「磁力敲擊」,可以根據設定的頻率引發興奮性或抑制性的效應。高頻率的rTMS(例如10Hz或以上)通常會增加局部神經迴路的興奮性,有點類似於加強大腦訊號;低頻率的rTMS(1Hz或以下)則會抑制過度活躍的神經活動,相當於讓大腦某區域「冷靜下來」。這背後涉及了突觸可塑性的原理:rTMS重複刺激可以改變神經元之間連結的強度,產生類似長期增益(LTP)或長期抑制(LTD)的效果。因此,透過適當調整刺激參數,rTMS能夠重塑帕金森氏症等患者大腦中失衡的網路活動,達到改善症狀的目的。

Q2: rTMS治療帕金森氏症有哪些效果?可以改善哪些症狀?

A2: 根據目前的臨床研究,rTMS對帕金森氏症最主要的幫助在於改善運動症狀。高頻rTMS刺激運動皮質(M1)或輔助運動區,可以使患者的動作遲緩有所減輕,步行速度和平衡能力提升,甚至某些研究觀察到靜止性顫抖也有減少趨勢。統合多項研究的分析顯示,rTMS治療後帕金森患者的運動評分(UPDRS)相對安慰組平均改善約3~5分左右,雖屬於溫和的進步但確實具有統計意義。此外,rTMS對一些非運動症狀也可能有益處。例如刺激左側前額葉的rTMS常用於治療憂鬱症,對合併憂鬱的帕金森患者能改善情緒;也有初步證據顯示,rTMS可能緩解帕金森的疲勞感、睡眠障礙或疼痛等問題。不過,需強調rTMS屬「輔助治療」,效果因人而異,通常無法完全取代藥物,但可望帶來額外的功能改善與生活品質提升。

Q3: rTMS對於非典型帕金森症(如MSA、PSP等)有效嗎?

A3: 在非典型帕金森症方面,rTMS的應用還在早期探索階段,但已有一些令人鼓舞的發現。針對多系統萎縮(MSA),小規模研究顯示高頻rTMS可能暫時改善其運動功能,尤其是對MSA-C型患者,連續數天的小腦θ節律刺激有助於降低共濟失調的嚴重程度。對於進行性核上性麻痺(PSP),單次小腦rTMS在試驗中證實可改善站立平衡時間,暗示rTMS有潛力幫助PSP患者的姿勢穩定。至於其他如皮質基底退化症(CBD)和路易體失智症(DLB),目前幾乎沒有資料,尚不清楚效果如何。總體來說,多數研究報告非典型帕金森症患者在接受rTMS後,無論是運動或部分非運動症狀上,有輕度的正向變化。然而這些研究例數不多且缺乏長期追蹤,因此我們還不能下定論。在更充分的臨床試驗出爐前,可以將rTMS視為一種前景可期但仍在驗證中的輔助療法。

Q4: rTMS治療需要進行多少次?刺激參數如何決定?

A4: rTMS治療通常不是一次就能完成的。研究與臨床經驗顯示,重複多次的刺激才能讓效果逐漸累積並維持。常見的療程安排是在數天至數週內每日施行一次rTMS刺激,每次約幾百到上千發脈衝。例如,有些研究對帕金森氏症採用為期10天、每天1次的高頻rTMS療程;也有使用每週數次、連續數週的方式。療程長度目前沒有硬性規定,需視患者情況和目標症狀調整。關於刺激參數,醫師會根據當前科學證據與個人耐受度來設定。這包括:刺激頻率(例如高頻10Hz還是低頻1Hz)、刺激強度(通常以患者的運動閾值百分比計,如90% RMT)、每次刺激的總脈衝數量(可能500~3000脈衝不等),以及刺激部位(如左/右初級運動區、前額葉、小腦等)。目前的共識是「劑量效應」存在:較多的脈衝數和較多次的session往往帶來較明顯且持久的效果。然而,過多刺激也會增加病患疲勞或不適風險,需在療效與耐受性間取得平衡。通常治療前會詳細評估並制定個人化方案,療程中也會根據反應適時調整參數。

Q5: rTMS治療是否安全?有無副作用需要擔心?

A5: 整體而言,rTMS被認為是一種安全的治療方式。其非侵入性特質意味著不需手術或麻醉,大多數患者在治療過程中只會感到頭皮肌肉輕微抽動或敲擊感。一些常見但輕微的副作用包括:頭皮刺激部位的酸痛或輕微頭痛,通常在治療結束後短時間內自行消退。少部分人可能出現一過性的暈眩、疲倦或注意力稍受影響,但也都是短暫的。rTMS最嚴重但極為罕見的風險是引發癲癇發作,不過臨床上發生率極低(遠低於0.1%),且主要與高頻刺激以及有癲癇病史的患者相關。為確保安全,醫療團隊在治療前會嚴格篩查禁忌症,例如有無金屬植入物、腦部損傷或癲癇病史等。此外,他們也會遵循標準化的刺激參數上限和安全指引。依照目前文獻報告,只要在合格人員操作下進行,rTMS的安全性良好,沒有證據顯示會對腦部造成永久傷害或認知功能的負面影響。因此患者大可放心,在專業監控下接受rTMS治療是相對安全可靠的。

參考文獻

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  • Rashid-López R, et al. (2023). Neuroimaging and Biomarkers in PD Patients Treated by iTBS over M1: A Randomized Trial. Front Aging Neurosci, 15: 1258315.
  • Conte D, et al. (2025). The effects of TMS in motor symptoms of Parkinson’s disease: an overview of systematic reviews with meta-analysis. Neurol Sci, 46(8): 3405-3418.
  • Petsani C, Aloizou A-M, et al. (2021). Therapeutic Application of rTMS in Atypical Parkinsonian Disorders. Behavioural Neurology, 2021:3419907.
  • Brown KE, et al. (2014). Use of transcranial magnetic stimulation in the treatment of selected movement disorders. Degener Neurol Neuromuscul Dis, 4: 133–151..

2025年8月22日 星期五

tNIR對於大腦功能促進的作用

低功率經顱近紅外光(tNIR)發出的光譜位於人眼可見光譜之外,但能有效穿透皮膚和顱骨到達腦實質 。tNIR光不僅對多種急性及慢性腦部病理狀況有益,還能幫助維持健康的腦部狀態 。

tNIR光刺激能夠在腦組織中產生積極治療效果,主要有以下幾種作用 :

1.刺激線粒體和增加ATP產生。

2.增加氧合作用和改善腦循環。

3.抗炎功能。

4.神經保護作用。

5.促進突觸形成和神經發生。

6.管理細胞內活性氧(ROS)的量,控制相關的氧化反應和損害 。(因活性氧會損害腦功能並導致不同的神經系統疾病 。)

有一項研究顯示tNIR光治療並沒有產生相關的不良副作用 ,且改善了失智症患者的認知能力和日常活動。

無論是Mini-Mental State Exam (MMSE)、邏輯記憶測試 (Logical Memory Tests I and II)、即時回憶 (LMT-I)、延遲回憶 (LMT-II)、連線測試 (Trail Making Tests A and B)、波士頓命名測試 (Boston Naming Test, BNT)、聽覺語言學習測試 - 即時 (A.V.L.T. - 1)等測驗成績皆有進步。

也發現可以改善失智症患者的睡眠與情緒。

總體而言,該研究結果讓我們瞭解到tNIR光刺激對於失智症患者是安全的,且具有潛在治療益處 。在認知、執行功能和情緒方面產生了積極的變化,可以透過改善生活質量和日常生活的自理能力來幫助失智症患者,從而減輕其直接家庭照護者的負擔 。

我們期待有更多的研究,可以探討如何減少家庭照護者的負擔,並確保研究結果是可重複性的。


參考資料:

Nizamutdinov D, Qi X, Berman MH, Dougal G, Dayawansa S, Wu E, Yi SS, Stevens AB, Huang JH. Transcranial Near Infrared Light Stimulations Improve Cognition in Patients with Dementia. Aging Dis. 2021 Jul 1;12(4):954-963. doi: 10.14336/AD.2021.0229. PMID: 34221541; PMCID: PMC8219492.

2025年8月18日 星期一

大腦光療可能嗎?不會被頭骨擋住嗎?

記得最早聽到大腦光療是一位病人告訴我的,當時我非常訝異光線居然能夠穿過實驗大鼠的頭骨去影響到大腦組織。那時候已發表的科學研究都是動物實驗的結果,近幾年已經有大量的人體臨床實驗證明其效果。

這種治療被稱為光生物調節 (PBM),也稱為低強度光療法(LLLT),使用非熱紅光和近紅外光 (600-1000 nm),透過光子與一個或多個發色團(chromophore)的相互作用來改變細胞和組織功能 。

PBM可以直接改變多種組織類型的發炎和氧化壓力標記、減輕疼痛並防止細胞死亡。

將光子從光源非侵入性地輸送到大腦,用於治療腦損傷和腦疾病,被稱為經顱光療法 (Transcranial laser therapy /TLT)。經顱光療法在治療缺血性中風、創傷性腦損傷 (TBI) 等急性疾病以及心臟驟停後的全身缺血方面具有良好的前景。它還可能改善與年齡相關的神經退化性中樞神經系統疾病(包括阿茲海默症、帕金森氏症和亨廷頓氏症)的細胞功能,並恢復精神疾病(包括重度憂鬱症)的正常代謝活動。

到底這個大腦光療它可以影響的到大腦多深的區域?

不僅僅是我好奇,科學家也好奇。

有一組科學家比較了波長660nm、808 nm 和 940 nm照射在人類大體頭顱所能穿透的深度。

研究結果清楚地證明了可測量的808nm波長光能夠穿透頭皮、顱骨和腦膜,達到40-50mm的腦深度。

他們也發現660 nm 波長的衰減明顯高於 940 nm 波長,而 940 nm 波長的衰減又高於 808nm 波長。

瞭解這種不同波長的顱內光穿透差異,對於確定使用 PBM 治療中樞神經系統疾病非常重要。某些波長確定似乎不太可能提供用於治療腦組織所需的顱內顱內神經系統。 808 nm 波長則表現出優異的中樞神經系統組織穿透能力。 

參考資料:
Tedford CE, DeLapp S, Jacques S, Anders J. Quantitative analysis of transcranial and intraparenchymal light penetration in human cadaver brain tissue. Lasers Surg Med. 2015 Apr;47(4):312-22. doi: 10.1002/lsm.22343. Epub 2015 Mar 13. Erratum in: Lasers Surg Med. 2015 Jul;47(5):466. doi: 10.1002/lsm.22377. PMID: 25772014.

經顱近紅外光 (tNIR) 治療阿茲海默症、帕金森氏症與創傷性腦損傷的潛力與機制

經顱近紅外光(tNIR)透過粒線體活化、血流改善與抗發炎作用,展現了對阿茲海默症、帕金森氏症與創傷性腦損傷等神經退化性疾病的治療潛力。


什麼是近紅外光(NIR)?

近紅外光(NIR)的波長範圍為 800 至 2,500 nm,屬於人眼不可見光譜,能夠穿透軟組織甚至部分硬組織,進入人體深層結構。
它能根據不同波長與強度觸發細胞生化反應,產生局部與長期的正向作用。這些特性被應用於 光生物調節(Photobiomodulation, PBM)療法,特別受到腦部疾病研究的關注。

研究證實,特定波長的光可穿透顱骨到達 大腦皮質,而且 不會產生過多熱能,因此具有安全性。


近紅外光的細胞作用機制

目前已知的核心機制包括:

  1. 粒線體活化:細胞色素 c 氧化酶吸收光子,促進 ATP 產生。

  2. 一氧化氮釋放:引起血管擴張,改善血液與淋巴循環。

  3. 血管新生:內皮細胞釋放 VEGF,促進毛細血管形成。

  4. 突觸與神經新生:促進突觸修復與幹細胞活化,支持神經生成。

  5. 抗發炎與免疫調控:透過抑制 COX-2NF-kB 路徑,降低慢性發炎。

  6. 神經保護訊息傳遞:活化 AKT / ERK 路徑,抑制神經細胞凋亡。


動物研究的突破

  • 阿茲海默症模型:tNIR 減少 β-澱粉樣蛋白沉積tau 蛋白磷酸化,並改善記憶與認知。

  • 帕金森氏症模型:tNIR 改善 精細運動技能,減少 α-突觸核蛋白帶來的神經毒性。

  • 創傷性腦損傷(TBI)模型

    • 808 nm 光在受傷後 4 小時內照射,改善神經功能,降低腦皮質組織損失。

    • 有效波長:665 nm 與 810 nm(因細胞色素 c 氧化酶吸收峰值),而 730 nm 與 980 nm 無效

    • PBM 治療後可提升 BDNF 表現,增加神經祖細胞,改善學習記憶。


人體臨床研究進展

疾病

研究設計

光源/波長

療程

結果

慢性輕度 TBI

11 名患者,開放試驗

810 nm LED

多週

睡眠改善、焦慮下降、執行功能提升

中度 TBI

18 次 tNIR

810 nm

6 週

憂鬱、記憶、執行功能改善

阿茲海默症與失智症

隨機雙盲安慰劑對照

1,060–1,080 nm

每日 2 次,8 週

MMSE、專注力、記憶改善

帕金森氏症

概念驗證研究

經顱+遠距 tNIR

12 週以上

認知與運動功能顯著提升

這些數據顯示 tNIR 在臨床上具體改善 記憶力、專注力、運動表現與情緒狀態


tNIR 對腦部循環與淋巴系統的影響

研究指出,tNIR 能:

  • 擴張腦膜淋巴管,減少局部水腫。

  • 促進 β-澱粉樣蛋白(Aβ)與紅血球代謝物的 清除率

  • 32 J/cm² 劑量 下最有效,能顯著降低斑塊堆積。

這些作用顯示 tNIR 不僅可改善能量代謝,也能 清除病理性蛋白質聚集,為退化性疾病提供潛在治療途徑。


阿茲海默症治療潛力

  • 基因小鼠模型:顯著降低斑塊與神經發炎。

  • 分子機制:透過 JNK3 與 MKP7 路徑,調控細胞訊號,保護神經突觸。

  • 臨床研究

    • tNIR 改善患者的 MMSE、記憶力與專注力

    • 降低焦慮,延緩疾病進程。


帕金森氏症的應用

  • 動物實驗:減少 tau 蛋白過度磷酸化,改善自主活動。

  • 靈長類研究:改善 PD 獼猴的姿勢與表情。

  • 臨床應用

    • 2 週療程可改善 PD 患者的 運動功能與認知

    • 12 週以上治療,效果顯著增強。


安全性與挑戰

雖然市面上有許多非處方光療設備,但仍需注意:

  • 劑量過高 可能引發腦水腫。

  • 未經醫療驗證的裝置存在 效果不確定與安全疑慮

  • 仍需更多 大規模、長期隨訪的臨床試驗


常見問題(FAQ)

Q1:tNIR 是否能逆轉阿茲海默症?
A:目前證據顯示可延緩病程並改善記憶功能,但不能稱為「逆轉」。

Q2:哪些波長最有效?
A:研究指出 665 nm 與 810 nm 在細胞色素 c 氧化酶的吸收帶最有效。

Q3:tNIR 與藥物治療能否併用?
A:初步研究支持結合傳統藥物與 tNIR,有協同效果,但需醫師監督。

Q4:治療多久能見效?
A:急性損傷可在數日改善,慢性疾病如 AD 或 PD 通常需 4–12 週以上療程


結論與未來展望

經顱近紅外光(tNIR)透過 粒線體活化、血流改善、突觸修復與抗發炎作用,展現了在阿茲海默症、帕金森氏症與創傷性腦損傷等神經退化疾病中的治療潛力。

未來的研究應聚焦於:

  • 最佳化劑量與波長(特別是 665–810 nm 與 1,060–1,080 nm)。

  • 結合影像學(如 fMRI 與 PET)追蹤治療效果。

  • 可穿戴裝置開發,實現長期家庭治療。

若能跨越臨床驗證與規範化的挑戰,tNIR 有望成為 安全、非侵入性且有效 的神經退化疾病新治療模式。


參考資料:

Nizamutdinov D, Ezeudu C, Wu E, Huang JH, Yi SS. Transcranial near-infrared light in treatment of neurodegenerative diseases. Front Pharmacol. 2022 Aug 8;13:965788. doi: 10.3389/fphar.2022.965788. PMID: 36034819; PMCID: PMC9400541.


經顱近紅外光在神經退化性疾病的治療

我們先來了解什麼是近紅外光(NIR)?

近紅外線 (NIR) 光的波長範圍從800 至 2,500 nm。它是肉眼看不見的光譜,可以在特定波長下穿透軟組織和硬組織,進入人體深層結構。 

近紅外光可能攜帶不同的能階,這取決於光的強度和它的波長。 近紅外光刺激可以活化細胞內的生化反應,產生局部短期和長期的正面作用。

 近紅外光的這些特性被用於光生物調節 (photobiomodulation / PBM) 療法。這種治療方式在生物醫學領域引起了更多科學關注,尤其關於多種腦部疾病方面。在最近的動物和人體研究中,使用近紅外光 PBM 進行顱腦刺激,治療神經退化相關疾病的研究得到了一些進展,對於腦部能量代謝的管理以及與各種疾病(包括創傷性腦損傷)相關的慢性腦發炎的調節具有積極的影響。

不少人都會質疑,光線照射可以穿透顱骨嗎?科學家經過了實際的測量,發現特定波長的光線的確可以穿透顱骨達到大腦皮質(這個部分會另外花一個篇幅介紹),而且並不會產生過多的熱量。

目前已知近紅外光可以作用在粒線體上。根據科學研究,細胞色素c氧化酶(轉運複合物IV)是吸收紅外線光子刺激的主要光受體 。光能的吸收激發粒線體產生一系列細胞反應,促進5'-三磷酸腺苷 (ATP) 的產生,調節細胞內訊號分子(如鈣離子和活性氧 (ROS),並從細胞色素C氧化酶中釋放一氧化氮 。

近紅外光對組織進行刺激,已證實內皮細胞分泌血管內皮生長因子,從而促進血管生成和毛細血管樣結構的形成 。

動物研究也顯示,經顱近紅外線 (tNIR) 光治療可刺激大腦的淋巴系統流動,從而促進大腦實質穩態,並清除正常和不同病理條件下深層和淺層大腦區域中過量積累的代謝物和蛋白質聚集物。

一些研究報告認為,經顱近紅外線光治療可減少基因改造動物中tau蛋白的過度磷酸化、神經纖維纏結和β澱粉樣蛋白斑塊。

另外一個是藥物誘導的帕金森氏症(PD)動物模型研究,經由tNIR光療法,顯示安全且有效,顯著改善了精細運動技能和活動能力。

還一些研究還發現,tNIR 光治療可以減輕多巴胺能纖維的損失,並保護神經元免受 α-突觸核蛋白引起的毒性。

大腦局部對 tNIR 光刺激的反應包括:

1) 提高細胞內 ATP 的產生和刺激粒線體功能

2) 管理局部氧化壓力

3) 局部血管舒張(血管和淋巴)

4) 產生新的突觸和修復受損的突觸

5) 刺激新的神經元生長

6) 神經保護和細胞保護特性

7) 刺激新血管生長。

對 tNIR 光刺激的全身反應包括:  刺激抗發炎和免疫反應。

近紅外光刺激可以使細胞內核苷酸三磷酸顯著增加。這結果與粒線體膜電位和粒線體功能的增強相符合。

在動物研究中發現,近紅外光刺激會導致一氧化氮大量分泌。這種刺激導致局部血管和淋巴循環中的一氧化氮出現,而使血管擴張,促進血液和淋巴液的自由、暢通流動、氣體交換以及通過血管和淋巴系統的整體腦循環。改善的腦淋巴系統流通也支持大腦的免疫功能,提高慢性發炎狀態下的免疫細胞交換率,並促進先天免疫更好的抗發炎特性。

透過調節腦源性神經營養因子 (BDNF),PBM刺激可促進受損突觸的形成和修復 , 透過促進突觸生長和加速突觸接觸來幫助維持突觸,這可以透過下調突觸素-1 蛋白(synapsin-1 protein)來實現 。

 tNIR 光刺激促進新突觸形成的另一個機制是活化幹細胞 。PBM 治療對幹細胞的刺激也與神經元生成有關 。一項動物研究報告顯示,PBM刺激可以改善受損腦實質的神經。

近紅外光刺激顯示對腦實質和周圍組織具有神經保護作用,它是透過活化蛋白激酶B(AKT)訊息傳遞路徑來作用的。它必須經由糖原合成酶激酶3ẞ(GSK3ẞ)介質,該介質負責在“凋亡信號”或“細胞保護/神經保護”(AKT連鎖反應)之間切換。 PBM活化細胞外訊號相關激酶(ERK)的訊息連鎖反應來形成另一種神經保護機制。 ERK一旦被活化,就會轉移到細胞核中,伴隨著轉錄因子FOXM1分子會在細胞核內聚集、抑制p21蛋白的表達,並減緩神經元細胞的衰老。這是PBM刺激對大腦產生的間接神經保護作用。

透過增加血管內皮生長因子表現或降低基質金屬蛋白酶 2 ( metalloproteinase 2)的活性 ,tNIR 光刺激可以使新血管形成。

抗發炎作用主要透過PBM抑制環氧合酶2 (COX-2) 和抑制轉錄因子NF-kB路徑。兩者是大家已熟知的促發炎酶和促發炎基因表現的連鎖反應 。此外,PBM刺激也透過調節其他促發炎細胞因子來幫助管理先天免疫反應,並改善腦部淋巴與神經膠細胞類淋巴引流系統中的淋巴流動。

經顱近紅外線光刺激對慢性創傷性腦損傷症候群(Traumatic brain injuries /TBI)的影響

PBM等新型療法可以增加組織氧合、減少神經發炎並誘導神經發生,是創傷性腦損傷的一種有前景的治療模式。

一項研究在小鼠身上誘發閉合性頭部損傷4小時後,使用808nm雷射進行2分鐘的照射。與對照組相比,PBM組的神經功能顯著改善,大腦皮質組織損失較小。

另一個研究比較了不同波長的雷射(665、730、810、980nm)在TBI後4小時對頭皮的影響。結果顯示,與對照組相比,665和810nm雷射組有顯著改善。然而,730和980nm組並沒有顯著改善,這是因為細胞色素c氧化酶在665nm和810nm區域有吸收帶。

 還有一組研究團隊進行了類似的小鼠誘發TBI模型的研究,經PBM治療後,腦切片免疫螢光顯示神經祖細胞增加,腦源性神經營養因子(BDNF)增加,學習記憶能力改善。

與急性 TBI 的動物研究不同,大多數 TBI 中 PBM 的人類案例研究都是在慢性環境中進行評估的。例如一項開放方案研究對 11 名慢性輕度 TBI 參與者(年齡 26-62 歲)進行了光療法,這些參與者的受傷時間從輕度 TBI 損傷後 10 個月到 8 年不等,結果顯示斯特魯普執行功能測試(Stroop test)和加州言語學習測試 (CVLT)-II 有顯著改善。本研究的參與者也報告睡眠增加,創傷後壓力症候群 (PTSD) 症狀減少(如果在基線時存在),並且社交和職業功能得到改善。

另一份關於中度 TBI 和認知功能障礙患者的報告,接受了 18 次 tNIR 療法治療,結果顯示憂鬱、言語記憶、執行功能和睡眠效率等指標均有所改善。

還有一個研究團隊研究了PBM對受傷後平均9.3年的患者的影響。參與者在兩個月內接受了10次810nm和910nm近紅外線雷射治療後認知、情緒失調、焦慮、易怒、頭痛和睡眠障礙得到改善。另一個類似的研究是對10名被歸類為重度TBI的成年患者進行了PBM治療,每週三次,持續六週,結果顯示腦血流量增加,血流動力學反應改善。

經顱近紅外光刺激對淋巴系統和神經膠細胞類淋巴系統的影響及其對預防或治療神經退化性疾病的貢獻

有一組研究人員發現 tNIR刺激透過誘導血管擴張和血管鬆弛來增加腦膜淋巴管的直徑,因而減少了局部水腫。

另外一項研究,透過在不同腦區注射金奈米棒(GNR),研究了tNIR對腦膜淋巴管(MLV)引流功能的影響。結果顯示,皮質區GNR的運輸增加了55.7倍,枕大池、海馬迴和側腦室分別增加了14.78倍、4.8倍和2.3倍。

其他相關研究也顯示,經顱使用1,267-1,268 nm量子點雷射PBM可使得血腦屏障(BBB)開放,並透過增加淋巴通透性促進巨噬細胞從淋巴管轉運到周圍組織。

 PBM活化淋巴系統也增加了引流並刺激了神經膠質瘤細胞的增殖。

對腦室內出血後紅血球 (RBC) 淋巴通路的研究顯示,用 PBM 治療的小鼠透過 MLV 運輸從腦室到深頸部淋巴結的 RBC 清除率增加,因此顱內壓恢復更快,死亡率降低 1.57 倍 。此外,顱內 PBM 可增加大腦的能量代謝,從而激活淋巴系統並顯著增加通過腦膜淋巴管從大腦中清除澱粉樣β斑塊 。且1267nm 對大腦光照反應中,在能量18J/cm² 和 25J/cm² 的光照是無效的,而 32J/cm³ 和 39J/cm² 的光照對顱內澱粉樣β蛋白斑塊積聚清除是有效的。 39J/cm² 的光照在腦血管的形態學變化上是沒有什麼改變,並伴隨腦水腫形成,及頭皮溫度為 37°C。 而32J/cm²的光照對澱粉樣β蛋白斑塊的管理效果最佳,而頭皮溫度為 33°C 。

經顱近紅外線光刺激對阿茲海默症及阿茲海默症相關失智症的影響

基因轉殖小鼠 阿茲海默症(AD) 模型中的一些動物研究顯示 tNIR 治療效果顯著。使用 tNIR 治療 AD 基因轉殖動物,顯示AD 基因轉殖動物不同腦區的澱粉樣斑塊大小和數量顯著減少。

另一項使用 AD 病理小鼠模型的研究報告顯示,腦細胞中的訊息傳遞連鎖反應分子(signaling cascade molecule)在 PBM 治療後發生了變化。該研究透過調控JNK3激酶路徑和穩定MKP7連鎖反應(被認為是與神經退化性級聯相關的腦特異性亞型)揭示了潛在的治療價值。觀察到的分子變化轉化為在PBM治療的AD模型基因轉殖APP/PS1小鼠中,對於記憶力減退、澱粉樣蛋白負荷減少、突觸喪失和神經發炎都有改善。

使用tNIR的臨床試驗也顯示了認知功能和記憶力的改善,這表示降低疾病進展速度,以及治療有助於減緩神經退化。

而一項隨機、雙盲、安慰劑對照的臨床試驗,以發射波長為1,060-1,080 nm的tNIR光,設定為低強度,每日兩次,持續8週,用以治療阿茲海默及相關失智症(Alzheimer's disease and related dementias/ ADRD),結果顯示ADRD患者的MMSE測試、畫鐘測試、認知能力、任務專注力、記憶力均有所改善,焦慮程度也有所降低。

經顱近紅外線光刺激對帕金森氏症的影響

使用 PBM 治療的藥物誘導的 PD 模型進行了多項動物研究。研究顯示,可以降低動物體內過度磷酸化 tau 的表現,改善內在自主活動(autonomous activities)。

一項針對NIR治療藥物誘導性PD獼猴的研究,與未治療組相比,動物的姿勢、活動和面部表情都有所改善。

而使用tNIR 對巴金森氏症患者進行的臨床試驗結果顯示治療 2 週後認知和運動功能得到改善。另一項概念驗證臨床研究使用了經顱PBM 合併遠距治療 12 週以上,結果活動能力、認知能力、精細運動技能和動態平衡均有顯著改善。

另一項使用經顱合併口內 NIR 光刺激,執行的結果沒有顯著變化,但得出結論:治療時間至少為 4 週,每週進行 2-3 次治療,才能明顯改善結果。

最後需要提醒的是,市面上有許多銷售的近紅外光發射設備(無需處方),我們應謹慎對待這些發光設備在誤用或過度使用時可能造成的危害。因此,這個領域可能面臨的挑戰是:民眾可能會因為使用未經批准的設備或不恰當的治療方案而對有前景的技術產生誤解和不信任。


本篇文章摘自:Nizamutdinov D, Ezeudu C, Wu E, Huang JH, Yi SS. Transcranial near-infrared light in treatment of neurodegenerative diseases. Front Pharmacol. 2022 Aug 8;13:965788. doi: 10.3389/fphar.2022.965788. PMID: 36034819; PMCID: PMC9400541.