2026 年 10 月 5 日，諾貝爾生理醫學獎頒給 Karl Deisseroth、Peter Hegemann 與 Georg Nagel，表彰他們關於「光敏離子通道與光遺傳學」的發現。[1]身心科使用的近紅外光腦功能檢查（fNIRS）同樣用到光，兩者是什麼關係？
先說結論：它們是不同的技術。光遺傳學用光「控制」神經細胞，fNIRS 用光「測量」大腦的血氧變化。但光遺傳學的研究，幫助我們更清楚 fNIRS 量到的訊號代表什麼。
一、先認識兩種技術
光遺傳學（optogenetics）。Hegemann 與 Nagel 在單細胞藻類中發現感光蛋白「通道視紫質」（channelrhodopsin），Deisseroth 把它變成神經細胞的光控開關。把這個蛋白的基因送進特定神經細胞後，照光就能啟動或關閉這些細胞。科學家因此得以在活體大腦中，找出與特定記憶、情緒、行為有關的神經迴路。[1]
fNIRS（功能性近紅外光譜）。受測者戴上裝有光源與感測器的頭帶。近紅外光穿過頭皮與顱骨，儀器由此估算大腦皮質表層「含氧血紅素」與「去氧血紅素」的濃度變化。過程不必打針，也沒有游離輻射，可以一邊做語言或認知作業一邊測量。[6]
二、共同的基礎：光在腦組織裡怎麼走
兩種技術面對同一個物理問題：光進入組織後會被散射與吸收。
- fNIRS 使用約 650 到 1000 奈米的近紅外光。這個波段較容易穿過皮膚與骨頭，而且兩種血紅素對它的吸收程度不同，儀器才能分辨血氧變化。[6]
- 光遺傳學最常用的是藍光等可見光，穿透力弱，動物實驗通常要把光纖植入腦內。
兩個領域都要計算「光在組織裡還剩多少」，用的光學模型相通。不過，共用物理原理不代表是同一種技術。
三、關鍵連結：血流訊號到底代表什麼
fNIRS 量的不是神經放電，而是血氧。它依據的現象叫「神經血管耦合」：腦區活動增加時，局部血流會跟著改變。功能性磁振造影（fMRI）依據的也是同一個現象。
過去，這層關係多半來自相關性的觀察。光遺傳學讓科學家能直接檢驗因果：
- 2010 年，Deisseroth 團隊在大鼠腦中只啟動興奮性神經元，就在刺激位置量到典型的血氧訊號上升。[2]
- 後續研究發現，特定的抑制性中間神經元也能引發血流變化。其中一類甚至在整體神經活動幾乎不變時，就帶動明顯的血流反應。[3]
這對 fNIRS 有兩層意義。第一，血氧訊號和神經活動確實有因果關聯，檢查的生理基礎站得住腳。第二，訊號是多種細胞共同作用的結果，無法還原成「哪一種神經細胞在活動」。
需要說明的是，這些實驗是在動物身上以 fMRI 或光學造影完成的，並非直接使用 fNIRS。它們驗證的是 fNIRS 所依據的生理原理。
四、兩者的分工
| 比較項目 | 光遺傳學 | fNIRS |
|---|---|---|
| 用光做什麼 | 控制特定神經細胞的活動 | 測量皮質表層的血氧變化 |
| 主要對象 | 實驗動物；人體應用限於視覺重建等臨床研究 | 人，可重複測量 |
| 優勢 | 可指定細胞類型與神經迴路，時間精準 | 非侵入、可攜，可在接近日常的情境下測量 |
| 限制 | 需要基因遞送，深部腦區還要植入光源 | 只及皮質表層，空間解析度有限，訊號是間接的血流指標 |
| 角色 | 找出機制、驗證因果 | 輔助評估、追蹤變化 |
五、fNIRS 在身心科：能做什麼，不能做什麼
fNIRS 提供的是輔助資訊，不能單獨用來診斷。
日本在 2009 年核准以 NIRS 作為憂鬱狀態鑑別診斷的輔助檢查，之後納入健保給付。受測者進行語詞流暢作業時，儀器記錄前額葉的血氧反應，供醫師參考。[4]
但日本的研究也指出，NIRS 的波形分類與臨床診斷之間有一定比例的不一致。年齡、病程與用藥都會影響訊號。[5]
- 它可以：提供一項客觀的生理參考，呈現前額葉在作業中的反應。
- 它不能：單獨確診或排除憂鬱症、雙相情緒障礙症等疾病。
六、未來方向：邊量邊調的「閉環」構想
光遺傳學展示了以極高時間精度調控腦部活動的可能，也讓「即時偵測、即時調整」的閉環概念受到重視。有研究者希望以 fNIRS 監測皮質反應，作為調整非侵入式腦刺激的參考。[7]
這個方向仍在研究階段，有兩個現實限制。血流反應比神經活動慢上數秒，談不上真正的即時。fNIRS 也只能探測頭皮下約 2 到 3 公分內的皮質表層，量不到杏仁核等深部腦區。[6]
七、常見問題
Q1：fNIRS 有輻射嗎？
近紅外光屬於非游離輻射，與 X 光不同。檢查不需要打針或顯影劑。
Q2：做了 fNIRS，就能知道有沒有憂鬱症嗎？
不能。它提供輔助資訊，診斷必須由醫師綜合問診、量表與病史判斷。
Q3：光遺傳學以後能用來治療憂鬱症嗎？
目前沒有這樣的臨床治療。它需要把基因送進神經細胞，人體應用仍集中在視覺重建等研究。它對身心醫學的貢獻，是幫助科學家了解情緒與行為背後的神經迴路。
參考文獻
1. NobelPrize.org. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026: Press release。
2. Lee JH, Durand R, Gradinaru V, et al. Global and local fMRI signals driven by neurons defined optogenetically by type and wiring. Nature. 2010;465(7299):788–792. DOI: 10.1038/nature09108。
3. Lee L, Boorman L, Glendenning E, et al. Key aspects of neurovascular control mediated by specific populations of inhibitory cortical interneurons. Cerebral Cortex. 2020;30(4):2452–2464. DOI: 10.1093/cercor/bhz251。
4. Ishii Y, Shoji Y, Sato M, et al. The changes in concentration of cerebral oxygenated hemoglobin during single event-related Japanese Shiritori task in patients with major depression disorder: comparison with healthy subjects. Frontiers in Psychiatry. 2021;12:709771. DOI: 10.3389/fpsyt.2021.709771。
5. Nakamura M, Nagamine T. Current status and problems of neuroimaging-guided diagnosis using near-infrared spectroscopy in Japan. International Journal of Neuropsychopharmacology. 2025;28(Suppl 1):i182–i183. DOI: 10.1093/ijnp/pyae059.316。
6. Tufts University, Fantini Lab. Non-invasive optical sensing of the brain。
7. Huo C, Xu G, Xie H, et al. Functional near-infrared spectroscopy in non-invasive neuromodulation. Neural Regeneration Research. 2024;19(7):1517–1522. DOI: 10.4103/1673-5374.387970。
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醫療審閱聲明
本文內容由鄭晴醫師（精神科｜兒童青少年精神科｜老年精神科 三專科醫師，英國劍橋大學碩士）專業審閱，確保醫療資訊正確可靠。如有任何身心健康疑慮，建議親自就診由醫師評估。（最後審閱：2026年10月12日）
好晴天身心診所院長（北屯院所）、主治醫師（潭子院所）。台灣精神科專科醫師、台灣老年精神專科醫師、台灣成癮專科醫師。國立陽明交通大學醫學院臨床醫學研究所教授、國家衛生研究院神醫中心研究員。美國約翰霍普金斯大學基因流行病學博士、國立陽明交通大學醫學系醫學士。曾任草屯療養院院長、台中榮民總醫院精神部部主任。專長：一般精神醫學（失眠、焦慮、憂鬱、恐慌、強迫、自律失調）、兒童青少年心智醫學、熟齡精神醫學、腦刺激治療（rTMS、deep TMS、CES、NIRS、tPBM）、成癮醫學。
