國立陽明交通大學社區健康照護研究所特聘教授/劉影梅
前 言
光是一種強大的時間調節器,可以使我們的內源性晝夜節律起搏器與環境同步。「光復能」為使用光照治療幫助人們恢復自身的狀態,意即將較不好的健康狀況調整為健康的狀況,無論是工作方面、生活自理和與人互動方面,皆能有效的提升與恢復。
諾貝爾生理醫學獎項於2017年時頒發給了發現控制「晝夜節律」的「分子機制」的美國遺傳學家Jeffrey Hall、Michael Rosbash和Michael Young (R.-C.Huang, 2018),研究中發現晝夜節律對於睡眠的好壞與影響扮演重要的角色。生物時鐘位於大腦下視丘結構中的視交叉上核(suprachiasmatic nucleus),負責調節內在生理節律。在沒有外界影響下,人類日夜節律(或清醒—睡眠節律)大約為23–27小時。當受到外界
刺激(外源節律:如光線;社交、工作、學習活動和時鐘喚醒⋯)的影響和調節時,生物時鐘會產生「時相反應曲線」(phase-response curve)的變化。具體而言,外界刺激可以導致生物時鐘相位提前(phase-advanced)或延遲(phase-delayed)。
當生物時鐘的時相提前,人們可能在黃昏就感到困倦,卻在天亮之前醒來。如果時相延後,人們可能會變成夜貓子,直到凌晨才能入睡,整天都感到昏昏欲睡。
光復能
光復能使用特定波長的人照光來進行治療與介入,促使個案或是病人的作息能重新恢復正常。為了改變不正常的時相移動,我們可以使用光照治療,通過創造人工光環境來調整。幫助人們恢復正常的生理節律,使他們的生理、心理功能得到恢復,並增強和振奮他們的精神狀態,從而過上更加明亮和開朗的生活。
人造光的使用率以每年約5%的速度成長(Hölkeret al., 2010),且其輻射度和使用的範圍也以每年超過2%的速度增長(Kyba et al., 2017),夜間的人造光、電子設備暴露可能會導致晝夜節律不同步,進而導致睡眠障礙。如何調控人工光,取其利、避其害將成為這個世代居家、健康促進和醫療的新解方。
光復能的原理為透過強光的照射,使個案體內的褪黑激素快速下降,體內的血清素大量增加,進而使其在夜晚睡覺時,褪黑激素能達到正常水平,並藉此調整睡眠周期,由下視丘—垂體—腎上腺軸形成的HPA(hypothalamus-pituitary-adrenal)軸活躍起來,能顯著改善憂鬱的情形(C.-R. Liu et al., 2021)。當光
進入眼中的視網膜神經節細胞(retinal ganglion cells)後,透過黑視素(melanopsin),將光能量轉變成神經衝動,神經衝動透過視網膜下視丘路徑(retinohypothalamictract)到達視交叉上核(suprachiasmatic nucleus),之後再經由特定神經網絡連接到松果體,繼而分泌褪黑激素(Berson et al., 2002)。長者瞳孔直徑減小和水晶體變黃,造成的眼睛對光的敏感度降低和視網膜的光傳輸減少,所以日光照射不足及老化的族群更容易晝夜節律紊亂,導致睡眠困擾及老年憂鬱症。
睡眠障礙
深夜暴露在光線下會導致睡眠潛伏期增加和入睡延遲。早晨暴露在光線下會提前晝夜節律和促使活動開始。褪黑激素與光的關係,主要受到光譜的波長分布、光照強度、光照時間三者影響。
光照能提升夜間副交感神經(C.-R. Liu et al.,2023; Oldham & Ciraulo, 2014),副交感扮演煞車系統,讓身體運行節律放慢,增加腦部血循環及代謝,而達到提升谷氨酸和γ-羥基丁酸(glutamate and gamma-hydroxybutyric acid)而促進深層睡眠;當夜間副交感神經受抑制,交感神經就會上幅提升,造成全身系統的負擔及傷害。
光譜
早期研究顯示:抑制褪黑激素的最佳光波長為509 nm,這個波長與暗視覺的最大光譜回應波長相近。近來研究顯示:波長在446–477 nm之間的光比長波長的光更能有效地抑制夜間褪黑激素的分泌。值得注意的是,這個波長區間正好接近視網膜神經節細胞(intrinsically photosensitive retinal ganglion cell, ip-
RGCs)對光的最大回應波長(Brainard et al., 2001)。
可見對光的學術理解,逐漸由成像細胞轉移到非成像的光敏細胞。Wright等學者(2004)的研究使用470 nm、497nm、525 nm、595 nm和660 nm的LED(light emittingdiode)照射受試者40–50分鐘,發現470 nm的藍光LED對褪黑激素的抑制率達到最大值。
國際照明標準委員會(International Commissionon Illumination)的CIE S 026標準,該標準定義了影響晝夜節律的作用因子(circadian action factor),並指出影響晝夜節律的主要光譜波段為480 nm的藍光。調
節夜間照明光環境中的藍光比例方面,將成為影響生理健康的重要因素(Delta Electronics, Inc., 2021)。
照度
光照的強度,我們可簡稱為照度,當照度越強,褪黑激素的抑制作用就越明顯。反之,照度越弱,要達到抑制褪黑激素作用的時間就越長(Bersonet al., 2002)。褪黑激素對於光的照度具有高度敏感性,不同生
物體對光照的強度有著各自不同的敏感度。大鼠對光的強度非常敏感,10 lux就能夠導致N乙基轉移酶活性下降50%(Minneman et al., 1974);猴子在500至600 lux才能有效抑制褪黑激素的分泌(Perlow et al.,
1980)。與其他哺乳動物相比,人類似乎需要更高的光照強度才能有效地抑制褪黑激素的分泌(Lewy et
al., 1980)。他們在凌晨2點至4點對受試者進行了不同光照條件的實驗。當受試者進入黑暗環境後的42分
鐘內,褪黑激素的濃度迅速上升。用500 lux,1,500lux和2,500 lux的光,照射兩小時。2,500 lux的組別
中,褪黑激素濃度在10至20分鐘內快速下降,在約一小時後達到最低水平,並保持穩定。1,500 lux的光
照也能使褪黑激素的濃度降低50%。然而,在500 lux的光照下,個體的褪黑激素濃度幾乎沒有變化。
2022年C.-R. Liu等人的研究中,實驗設計為一週五天,在白天給予受試者2,500 lux的光照,每天
從早上9點照射一個小時,為期4週,結果顯示,經過復能光照射,個案的入睡時間增加約兩小時(141
分鐘)、睡眠效率提升41.9%、夜醒時間減少約兩小時(116分鐘),入睡時間提早1小時(60分鐘)、延後起床時間約一小時(57分鐘);照射8週後,入睡時間增加超過兩小時(135分鐘)、睡眠效率增加31.7%、入睡時間提早超過一個小時(84分鐘)、夜醒時間減少約兩小時(108分鐘)。
光照時間
要考慮光照持續的時間及時機。白天人體褪黑激素的濃度相對較低。然而,當進入午夜時段,褪黑激素開始迅速分泌,並在凌晨2點至3點達到峰值。在這個時段,人體對光的干擾最為敏感,即光照會對褪黑激素的分泌產生影響。季節性情感障礙的病人或是夜鶯型睡眠型態的個案在起床後運用10,000 lux高照度光照治療可改善憂鬱情緒及睡眠品質,反之,雲雀型睡眠型態的個案則建議在傍晚進行照光。而光照持續時間而言,比較Lewy等(1980)和Mclntyre等(1989)的實驗結果發現,相同光照強度下褪黑激素的抑制率有所不同。這可能是因為兩個實驗中光照的時間長短不同所致,光照時間的差異可能對褪黑激素的抑制效果產生影響。
憂鬱症
憂鬱是腦內的化學物質(血清素、正腎上腺素、多巴胺)失衡導致,這些神經傳導物質影響大腦負責調節情緒的區域,如:視丘、杏仁核、海馬迴等,並導致一些精神症狀的產生(Haenisch & Bönisch,2011)。2021年研究發現,腸道菌群(gut microbiota)也會影響血清素、多巴胺、正腎上腺素的調節,主要方式是透過大腦的微生物來破壞相對應的環境,進而導致憂鬱及焦慮(F. Huang & Wu, 2021),而慢性炎症(chronic non-resolving inflammation)也是引起憂鬱的成因之一,可能是早年壓力、社會心理壓力、肥
胖、飲食等因素導致(Haroon et al., 2012),綜合前面所述,可看出導致憂鬱的生理因素十分的複雜。
憂鬱症病人在夜間的褪黑激素濃度較正常人低,而人體分泌褪黑激素濃度的減少可能會引發憂鬱症,
主要機轉為腦內5羥色胺成分的減少可能使褪黑激素的分泌狀況減弱,而褪黑激素分泌的變化則可能導致
季節性情感障礙,以及內源性憂鬱症狀發作。褪黑激素能夠調節憂鬱症病人混亂的生理時鐘,改善其睡
眠品質,進一步緩解憂鬱的症狀(Terman & Terman,2005)。
光照療法對於憂鬱病症之治療效果十分明確。機轉為以強光照射憂鬱症個案,透過減少體內paroxetine
和imipramine的鏈結,抑制血清素再吸收,讓病人體內的血清素大量增加;日間褪黑激素分泌減少,相對使夜間褪黑激素反彈回升,從而調整睡眠週期,促使下丘腦—垂體—腎上腺軸(hypothalamuspituitary gland- adrenal cortex)活躍起來,達到改善憂鬱症狀的效果(C.-R. Liu et al., 2021)。
光譜
Glickman等學者(2006)在季節性情感障礙症的研究中觀察到使用藍光的效果高於使用紅光的效果。在2007年Desan等學者的研究中,也同樣發現在針對季節性情感障礙症中,藍色LED的光線相較安慰劑組的效果更好。然而,在2016年的研究指出,比對藍光(465 nm)和無藍光(596–612 nm)兩組,發現兩組在季節性情感障礙症的治療效果中並無顯著差異(Anderson et al., 2016)。
照度
Goel等學者2005年時針對慢性憂鬱症每天早晨接受10,000 lux的光照射,持續1小時,為期5個星期。與對照組相比,病人的憂鬱程度改善了50%。Pail等學者(2011)也進行了相關實驗,得出了與此相同的結論。
Donmez等學者(2022)針對懷孕或產後重度憂鬱症的病人,每天早上接受照光治療(10,000 lux) 45分鐘,相較於對照組於較昏暗光線治療(< 500 lux) 之下,實驗組的蒙哥馬利抑鬱評定量表(Montgomery–Åsberg Depression Rating Scale)治療反應率及緩解率得分均有顯著差異,分別為75% 對18.2%(p = .006)及41.7%對0%(p = .016),發現高照度的光照治療可有效地降低孕期或產後憂鬱症狀,且不會對病人產生強烈的副作用。
可是C.-R. Liu等(2021)的研究顯示只要2,500lux,一週五天照射一小時,四週後,神經精神症狀減少65%、認知功能提升19%;八週後神經精神症狀減少78%、認知功能提升28%,證實較低照度之光復能仍然可以降低精神症狀並提升認知功能。對於提升夜間副交感神經活性,對於活動量少、失智嚴重度等級越高的個案,光照後對於睡眠、神經精神症狀、認知功能及副交感神經的活性,效果越好。光照改變了心律變異的低頻/高頻比率,而副交感神經活性和認知功能與相關,為認知功能改善提供了解釋(C.-R. Liu et al., 2023)。
光照時間
Golden等學者(2005)有系統地檢索PubMed
(1975年1月至2003年7月)隨機對照試驗,以確定
光療法(至少四天,每天至少3,000 lux*小時)治療
情緒障礙的成效。強光治療顯著降低憂鬱症狀嚴重
程度(八篇研究,效果劑量為0.84,95% confidence
intervals [CI]為0.60至1.08)。模擬晨光對季節性情緒
障礙有效( 五篇研究:效果劑量 = 0.73,95% CI [0.37,
1.08])。強光治療對非季節性憂鬱症有效(三篇研究;
效果劑量 = 0.53,95% CI [0.18, 0.89])。強光作為抗
憂鬱藥物治療的輔助療法對非季節性憂鬱症無效(五
項研究;效果劑量= -0.01,95% CI = [-0.36, 0.34])。
證明強光治療和模擬晨光對於季節性情感障礙以及強
光對於非季節性憂鬱症是有效的,其效果劑量與大多
數抗憂鬱藥物治療試驗中的效果相當,且清晨比晚上
或中午更可顯著改善病情緩解(Golden et al., 2005)。
失智症
除了改善神經狀態和調整神經傳導物質,光復能
也對於激活人體內部的分子和細胞(炎症介質、免疫
細胞和來自骨隨的幹細胞),這些細胞能藉由釋放神
經生長或腦源性的神經營養因子來保護神經元功能。
當缺乏光照時,失去光復能,將導致神經修復能力
下降,促使產生腦部裡的混亂和憂鬱及焦慮的情緒
(Y.-L. Liu et al., 2021)。若提供光復能,則個案的副
交感神經活性被提升,達到放鬆並同時增加腦部的血
流量,進而改善、恢復認知功能。
照度
Onega等人(2016)探討高強度白光治療對於住在
長期護理機構中的60名患有失智症的老年人的憂鬱和
躁動症狀的影響。實驗組接受高強度白光條件下,每
週接受10次持續8週的10,000 lux的光照,對照組每
週接受10次持續8週的250 lux的光照。在所有七種憂
鬱和焦慮的測量值中(mean value for partial: 0.372),
觀察到了顯著的亮光條件×測試時間的交互作用。進
一步的效果測試顯示,對於處於高強度白光條件下的
參與者,所有七種憂鬱測量值(mean value for partial:
0.794)和焦慮測量值(mean value for partial: 0.433)有
顯著變化。照組焦慮測量值反而明顯變差(mean value
for partial: 0.209; Onega et al., 2016)。
同樣光照介入模式照射4週後,認知功能提升
19%、神經精神症狀減少65%;8週後認知功能提升
28%、神經精神症狀減少78%,研究證實光復能可以
降低精神症狀並提升認知功能(C.-R. Liu et al., 2021)。
在過去的20年裡,研究證明了強光療法在改善
患有失智症的老年人的憂鬱、躁動和睡眠品質(C.-R.
Liu et al., 2022)方面的有效性,光照是一種安全的非
藥物治療方法(Onega & Pierce, 2020)。
專注度、認知表現
神經影像學顯示:暴露在明亮光線下,光訊息
透過視網膜神經節細胞(ipRGCs)和視交叉上核投射
到下丘腦的室旁核和腦幹的藍斑,可以快速改變自
主神經系統活動。高照度可以增加警覺性;減少困
倦;提高績效、注意力。可由光譜、照度、色溫三
方探討。
光譜
對於短波長光(460 nm), 長波長光(550/555
nm)在光照6.5 小時後,主觀上睡意減少,注意力提
高,並且褪黑激素抑制更大,警覺性更強。藍光增強
光對三分之二注意力表現的任務中產生中等到大的有
益影響(Studer et al., 2019)。
照度
Canazei 等人(2023)發現白天增加短暫的1,360
lux的光照會增加心率變異性;改善副交感神經活性和
注意力表現。簡單注意任務中的失誤和複雜注意任務
中的失誤不受光的影響。但更亮的光環境下簡單注意
力任務中有更快反應速度。機轉為專注會降低心率,
而刺激開始後會動員、加速心率,做出快速、正確
的反應(Canazei et al., 2023)。
色溫
Keis等人2014年發現:與標準照明相比,色溫
為 5,500 K,加強藍光的白色照明可以增加學生的注
意力、提高認知處理速度、白天的舒適度和亮度評
分較高。而且早上短暫照特殊光和照五週一樣可以提
昇認知處理速度。可是要降低錯誤就要照射五週才有
效果( Keis et al., 2014) 。研究顯示:上午9點至12點
照射白光,可以達到99%的褪黑激素抑制效果,進
而使學生專注度提昇,此時心理主觀感受最佳;隨著
時間逐步減低色溫,下午使用較為溫暖的暖白光,
此時的褪黑激素的抑制效果下降了10%,學生的身體
滿意度為最佳;放學前的休息時間,使用低色溫的黃
白光照射,褪黑激素抑制效果則下降到約60%,這樣
的節律燈下能幫助心理及身體達到恢復和放鬆(張,
2013)。
過動症
ADHD(attention deficit hyperactivity disorder)特
徵是注意力不集中、衝動和過度活躍。個案夜間褪黑
激素升高和清晨皮質醇升高造成超過 70% 的 ADHD
兒童和成人晝夜節律功能障礙、導致失眠,執行功
能和注意力的負面影響,隨之而來的有學習障礙、
駕駛表現不佳、憂鬱症和職業功能障礙。
照度
一萬流明(lm)的強光療法可以有效地促進
ADHD成人的微光褪黑激素起始時間,提早晝夜節律
位位向,改善主觀睡眠品質、ADHD症狀(包括過動
衝動症狀;Fargason et al., 2017)。
光照時間
在秋季或冬季運用晨光療法治療成人過動症的
研究發現:晨光療法是有效輔助治療可以導正晝夜
節律紊亂導致的主觀和客觀功能障礙,季節性情感
障礙中憂鬱得分下降,改善了喚醒困難的缺陷及注
意力不集中的問題。顯著改善了聽覺注意力廣度、
視覺感知、衝動和行為抑制;但情緒則否(Rybak et
al., 2006)。
未來展望
過去光復能研究證實,光照治療可以延緩老化,
失智,減少壓力和情緒低落(Beute & de Kort, 2013;
Golden et al., 2005; Jung et al., 2010; Tan et al., 2022)。
但歐洲睡眠研究學會(European Sleep Research Society)
於2017年公布的指引(Riemann et al., 2017),光照治
療目前多做為治療慢性失眠的輔助療法。其原因是過
去的光線治療的研究報告顯示:光線療法的成效並不
一致,例如在統合分析後,增加睡眠的總時間,只
增加了15到25分鐘,沒有到達30分鐘的有效成效。
然而,仔細觀察各篇的論文,大部分採用光箱(light
box) 式設計,直接放在個案的正前方60到80公分,
照度大多在2,000 lux以上,甚至達到10,000 lux。人
是有趨避作用,自然會逃避過亮的光線,而沒有產
生一致性的效果,因此未來必須解決這個問題(Hsiao
et al., 2023)。經過筆者多年在此領域的耕耘與研究發
表,認為有以下可以改善與突破之處。
一、 發光元件與設計
( 一) 二極發光體(light emitting diode, LED)
二極發光體的燈具可以調節照度、色溫。加上
智能化的開發,依照需求調控不同療效的光照,讓
個案在特定的光照空間中,得到治療以及預防疾病的
效果,將是未來的重大突破。健康照明產品在規格上
因為要提供劑量穩定的亮度照明且提供不同生理刺激
的光源,成本上相對較高,又加上以標榜健康為前
提,須通過相關的政府認證如食品藥物管理局(Food
and Drug Administration),對於產業來說更需要資金
與時間的投資。但是預期未來在相關法規的推波助瀾
下,例如健康照明標準International WELL Building
Institute的WELL標準推動下,健康照明會是新一波
的趨勢。
( 二) 有機發光二極體(organic light emitting diode)
燈光是現代夜間照明的必需品,隨著夜間自然光
的消失,人造光將提供夜間照明,提供安全性和舒
適性,而有機發光二極體,能去除原LED含有的藍
光,並降低人造光對於褪黑激素的分泌,進而促進
人類健康(Kyba et al., 2017)。有機發光二極體有下列
三種特點:(1)無藍光照明,達到不傷害人類生理機
能之照明效能。(2)有機發光二極體呈現出寬廣的光
譜波段,與太陽光譜相似性高達63%,為理想的高品
質。(3)相較發光二極體和熒光燈較無人體危害性,
也成為夜間照明的主流。但耐用性及商業性仍有挑
戰。
二、 環境光照
環境光照的設計可能是未來重要的解決方案之
一,有下面幾個優點:(1)環境光照設置於天花板或
者用立燈的方式從上照下來,可以減少直視燈箱的趨
避作用。(2)有更大範圍可以一次影響更多的人。(3)
環境介入可以減少工作人員的人力負擔。(4)不會造
成失智病人,或者較敏感的人的心理壓力。
三、 通訊科技
運用通訊科技自動調節不同個案的不同需求;以
及不同時間所需要的照度跟色溫,是精準健康的趨
勢。
四、 健康光復能的種類
目前市面上提供光復能的產品有限,除了成本
考量外,能提供具有實證文獻支持效果的產品,並
有效推廣給予民眾接受著實不多,為了解決上述的挑
戰,嚴謹的研究設計是重中之重。國內學者運用兩組
四個時點的清洗效應設計,在第0, 5, 9, 13周進行監
測,提供2,500 lux,早上一小時,一周五天的環境光
照,監測四周、八周效果及停用四周效果。更難能可
貴的進行了相關用藥分析與控制,並且與相關廠商合
作生產以下產品(C.-R. Liu et al., 2021)。
( 一) 節律燈
目前市面上已經有了有專利保護的產品,分別是
有一百多個節點的節律燈,可以確保日出而作日落而
息的生物鐘日夜節律,確保在人工光照的狀況下,
確保有足夠的光線,卻不會造成較大的人工光害,
更符合環保節能以及ESG(environmental, social, governance)
的世界趨勢。日夜節律照明用動態LED照
明,隨著日出而做、日落而息時間變化調整照度、
色溫、光譜分佈,並取代一般室內照明,更是時代
所需。人的主觀感受會隨著時間和場合變化,LED可
以調整各項參數,是光療的優選。在商業運用上,
人因照明是既健康又節能的照明系統,發光節能效
率更好,節能照明可以減少50%以上的能量;又符合
綠能健康建築:WELL Light Concept的指標,有助長
期環境監測數據,提升建築價值;更重要的是有健康
與安全的效果:調節生理時鐘,增加工作/學習專注
度,提高睡眠品質、情緒穩定度、激勵效果,降低
疲勞、出錯、慢性病風險,成為ESG的顯學,是採
用時的考量重點。
( 二) 好眠燈
國立陽明交通大學劉影梅團隊發展出的人因智慧
光照系統,運用先進光學技術、考慮人因工學,實
現環境光照、類太陽光、特殊出光角度、特殊光譜
調配、漫反射的嶄新技術開展了突破。不但完成人體
試驗,證實20個療程(一天2,500 lux,一小時)就可
以改善五成睡眠。40個療程成效差不多,沒有必要;
但一旦停止則很快回彈,可見需要持續使用(C.-R.
Liu et al., 2021)。另發現副交感神經活性會提前二小
時,為睡眠品質提昇提供了學理機轉上的解釋(C.-R.
Liu et al., 2021)。
( 三) 快樂燈
令人驚豔的是同一團隊發現用2,500 lux之20療
程( 一天2,500 lux,一小時)可以大幅改善神經精神
症狀,控制藥物使用劑量下第5周和第9週時神經精
神量表(Neuropsychiatric Inventory)分數降低了65%
(p < .001)、78%(p = .001)。簡易精神狀態分數檢
查(Mini-Mental State Examination)提高了19%(p =
.007)和28%(p = .04)。情緒憂鬱改善效果最佳,超
過七成;停用四周仍有六成、五成的延宕效應,為憂
鬱的個案帶來曙光,也建立了建議療程標準,被選
入至失智非藥物治療專刊(C.-R. Liu et al., 2021)。光
照改變了心律變異的低頻/高頻比率,而副交感神經
活性和認知功能與相關,為認知功能改善提供了解釋
(C.-R. Liu et al., 2023)。
好眠燈、快樂燈已取得美國專利,技轉成功,
進行量產,分別有平版燈、吸頂燈、立燈型式,為
睡眠改善、情緒促進已在多重場域、復健、長照、
心理健康、運動中心使用中。光復能作為一種簡單易
行且非侵入性的治療方法,具有很大的發展性和應用
的可能性,未來可以更多探討其運作機轉、臨床應
用和未來發展方向,以提升其生心理恢復和多元運用
價值。
參考文獻
張明睿(2013).重慶地區大學教室晝間混光照明模式研
究〔碩士論文,重慶大學〕.萬方數據知識服務平
台。[Zhang, M.-R. (2013). Research on daytime mixed
light lighting patterns in university classrooms in the
Chongqing area [Master’s thesis, Chongqing University].
Wanfang Data Knowledge Service Platform.] https://doi.
org/10.7666/d.D353740
Anderson, J. L., St Hilaire, M. A., Auger, R. R., Glod, C. A.,
Crow, S. J., Rivera, A. N., Fuentes Salgado, S. M., Pullen,
S. J., Kaufman, T. K., & Wolfe, D. J. (2016). Are short
(blue) wavelengths necessary for light treatment of seasonal
affective disorder? Chronobiology International, 33(9),
1267–1279. https://doi.org/10.1080/07420528.2016.12076
60
Berson, D. M., Dunn, F. A., & Takao, M. (2002). Phototransduction
by retinal ganglion cells that set the circadian clock.
Science, 295(5557), 1070–1073. https://doi.org/10.1126/
science.1067262
Beute, F., & de Kort, Y. A. W. (2013). Let the sun shine! Measuring
explicit and implicit preference for environments
differing in naturalness, weather type and brightness. Journal
of Environmental Psychology, 36, 162–178. https://doi.
org/10.1016/j.jenvp.2013.07.016
Brainard, G. C., Hanifin, J. P., Greeson, J. M., Byrne, B., Glickman,
G., Gerner, E., & Rollag, M. D. (2001). Action spectrum
for melatonin regulation in humans: Evidence for a
novel circadian photoreceptor. Journal of Neuroscience,
21(16), 6405–6412. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.
21-16-06405.2001
Canazei, M., Dick, M., Pohl, W., Weninger, J., Hubel, N., Staggl,
S., & Weiss, E. M. (2023). Impact of repeated morning
bright white light exposures on attention in a simulated
office environment. Scientific Reports, 13(1), Article 8730.
https://doi.org/10.1038/s41598-023-35689-1
Delta Electronics, Inc. (2021, March 10). Incorporating human
factor lighting to create healthy light environments. https://
www.deltaww.com/en-us/news/14973
Desan, P. H., Weinstein, A. J., Michalak, E. E., Tam, E. M.,
Meesters, Y., Ruiter, M. J., Horn, E., Telner, J., Iskandar,
H., Boivin, D. B., & Lam, R. W. (2007). A controlled
trial of the Litebook light-emitting diode (LED) light
therapy device for treatment of seasonal affective disorder
(SAD). BMC Psychiatry, 7(1), Article 38. https://doi.
org/10.1186/1471-244X-7-38
Donmez, M., Yorguner, N., Kora, K., & Topcuoglu, V. (2022).
Efficacy of bright light therapy in perinatal depression:
A randomized, double-blind, placebo-controlled study.
Journal of Psychiatric Research, 149, 315–322. https://doi.
org/10.1016/j.jpsychires.2022.02.027
Fargason, R. E., Fobian, A. D., Hablitz, L. M., Paul, J. R.,
White, B. A., Cropsey, K. L., & Gamble, K. L. (2017). Correcting
delayed circadian phase with bright light therapy
predicts improvement in ADHD symptoms: A pilot study.
Journal of Psychiatric Research, 91, 105–110. https://doi.
org/10.1016/j.jpsychires.2017.03.004
Glickman, G., Byrne, B., Pineda, C., Hauck, W. W., & Brainard,
G. C. (2006). Light therapy for seasonal affective disorder
with blue narrow-band light-emitting diodes (LEDs).
Biological Psychiatry, 59(6), 502–507. https://doi.org/10.
1016/j.biopsych.2005.07.006
Goel, N., Terman, M., Terman, J. S., Macchi, M. M., & Stewart, J.
W. (2005). Controlled trial of bright light and negative air
ions for chronic depression. Psychological Medicine, 35(7),
945–955. https://doi.org/10.1017/S0033291705005027
Golden, R. N., Gaynes, B. N., Ekstrom, R. D., Hamer, R. M.,
Jacobsen, F. M., Suppes, T., Wisner, K. L., & Nemeroff,
C. B. (2005). The efficacy of light therapy in the treatment
of mood disorders: A review and meta-analysis of the
evidence. The American Journal of Psychiatry, 162(4),
656–662. https://doi.org/10.1176/appi.ajp.162.4.656
Haenisch, B., & Bönisch, H. (2011). Depression and antidepressants:
Insights from knockout of dopamine, serotonin
or noradrenaline re-uptake transporters. Pharmacology &
Therapeutics, 129(3), 352–368. https://doi.org/10.1016/
j.pharmthera.2010.12.002
Haroon, E., Raison, C. L., & Miller, A. H. (2012). Psychoneuroimmunology
meets neuropsychopharmacology: Translational
implications of the impact of inflammation on behavior.
Neuropsychopharmacology, 37(1), 137–162. https://
doi.org/10.1038/npp.2011.205
Hölker, F., Moss, T., Griefahn, B., Kloas, W., Voigt, C. C.,
Henckel, D., Hänel, A., Kappeler, P. M., Völker, S.,
Schwope, A., Franke, S., Uhrlandt, D., Fischer, J., Klenke,
R., Wolter, C., & Tockner, K. (2010). The dark side of
light: A transdisciplinary research agenda for light pollution
policy. Ecology and Society, 15(4), Article 13. http://
www.ecologyandsociety.org/vol15/iss4/art13/
Hsiao, Y.-T., Liou, Y. M., Liu, C.-R., Chen, T.-A., & Zhong, R.-Y.
(2023). The therapeutic effects and prospects of light therapy
for depression. Journal of Suicidology, 18(3), 624–632.
https://doi.org/10.30126/JoS.202309_18(3).0002
Huang, F., & Wu, X. (2021). Brain neurotransmitter modulation
by gut microbiota in anxiety and depression. Frontiers in
Cell and Developmental Biology, 9, Article 649103. https://
doi.org/10.3389/fcell.2021.649103
Huang, R.-C. (2018). The discoveries of molecular mechanisms
for the circadian rhythm: The 2017 Nobel Prize in physiology
or medicine. Biomedical Journal, 41(1), 5–8. https://
doi.org/10.1016/j.bj.2018.02.003
Jung, C. M., Khalsa, S. B. S., Scheer, F. A. J. L., Cajochen, C.,
Lockley, S. W., Czeisler, C. A., & Wright, K. P., Jr. (2010).
Acute effects of bright light exposure on cortisol levels.
Journal of Biological Rhythms, 25(3), 208–216. https://doi.
org/10.1177/0748730410368413
Keis, O., Helbig, H., Streb, J., & Hille, K. (2014). Influence of
blue-enriched classroom lighting on students’ cognitive
performance. Trends in Neuroscience and Education, 3(3-
4), 86–92. https://doi.org/10.1016/j.tine.2014.09.001
Kyba, C. C. M., Kuester, T., Sánchez de Miguel, A., Baugh, K.,
Jechow, A., Hölker, F., Bennie, J., Elvidge, C. D., Gaston,
K. J., & Guanter, L. (2017). Artificially lit surface of Earth
at night increasing in radiance and extent. Science Advances,
3(11), Article e1701528. https://doi.org/10.1126/
sciadv.1701528
Lewy, A. J., Wehr, T. A., Goodwin, F. K., Newsome, D. A., &
Markey, S. (1980). Light suppresses melatonin secretion
in humans. Science, 210(4475), 1267–1269. https://doi.
org/10.1126/science.7434030
Liu, C.-R., Kuo, T. B. J., Jou, J.-H., Lai, C.-T. L., Chang, Y.-K.,
& Liou, Y. M. (2023). Bright morning lighting enhancing
parasympathetic activity at night: A pilot study on elderly
female patients with dementia without a pacemaker.
Healthcare, 11(6), Article 793. https://doi.org/10.3390/
healthcare11060793
Liu, C.-R., Liou, Y. M., & Jou, J.-H. (2021). Pilot study of the
effects of bright ambient therapy on dementia symptoms
and cognitive function. Frontiers in Psychology, 12, Article
- https://doi.org/10.3389/fpsyg.2021.782160
Liu, C.-R., Liou, Y. M., & Jou, J.-H. (2022). Ambient bright
lighting in the morning improves sleep disturbances of older
adults with dementia. Sleep Medicine, 89, 1–9. https://
doi.org/10.1016/j.sleep.2021.10.011
Liu, Y.-L., Gong, S.-Y., Xia, S.-T., Wang, Y.-L., Peng, H., Shen,
Y., & Liu, C.-F. (2021). Light therapy: A new option for neurodegenerative
diseases. Chinese Medical Journal, 134(6),
634–645. https://doi.org/10.1097/CM9.0000000000001301
Mclntyre, I. M., Norman, T. R., Burrows, G. D., & Armstrong, S.
M. (1989). Human melatonin suppression by light is intensity
dependent. Journal of Pineal Research, 6(2), 149–156.
https://doi.org/10.1111/j.1600-079x.1989.tb00412.x
Minneman, K. P., Lynch, H., & Wurtman, R. J. (1974). Relationship
between environmental light intensity and
retina-mediated suppression of rat pineal serotonin-n-acetyl-
transferase. Life Sciences, 15(10), 1791–1796. https://
doi.org/10.1016/0024-3205(74)90180-5
Oldham, M. A., & Ciraulo, D. A. (2014). Bright light therapy
for depression: A review of its effects on chronobiology
and the autonomic nervous system. Chronobiology International,
31(3), 305–319. https://doi.org/10.3109/0742052
8.2013.833935
Onega, L. L., & Pierce, T. W. (2020). Use of bright light therapy
for older adults with dementia. BJPsych Advances, 26(4),
221–228. https://doi.org/10.1192/bja.2020.5
Onega, L. L., Pierce, T. W., & Epperly, L. (2016). Effect of
bright light exposure on depression and agitation in older
adults with dementia. Issues in Mental Health Nursing,
37(9), 660–667. https://doi.org/10.1080/01612840.2016.11
83736
Pail, G., Huf, W., Pjrek, E., Winkler, D., Willeit, M., Praschak-
Rieder, N., & Kasper, S. (2011). Bright-light therapy - in the treatment of mood disorders. Neuropsychobiology,
- 64(3), 152–162. https://doi.org/10.1159/000328950
- Perlow, M. J., Reppert, S. M., Tamarkin, L., Wyatt, R. J., &
- Klein, D. C. (1980). Photic regulation of the melatonin
- rhythm: Monkey and man are not the same. Brain Research,
- 182(1), 211–216. https://doi.org/10.1016/0006-8993(80)
- 90848-3
- Riemann, D., Baglioni, C., Bassetti, C., Bjorvatn, B., Dolenc
- Groselj, L., Ellis, J. G., Espie, C. A., Garcia-Borreguero, D.,
- Gjerstad, M., Gonçalves, M., Hertenstein, E., Jansson-Fröjmark,
- M., Jennum, P. J., Leger, D., Nissen, C., Parrino,
- L., Paunio, T., Pevernagie, D., Verbraecken, J., … Spiegelhalder,
- K. (2017). European guideline for the diagnosis and
- treatment of insomnia. Journal of Sleep Research, 26(6),
- 675–700. https://doi.org/10.1111/jsr.12594
- Rybak, Y. E., McNeely, H. E., Mackenzie, B. E., Jain, U. R.,
- & Levitan, R. D. (2006). An open trial of light therapy in
- adult attention-deficit/hyperactivity disorder. The Journal
- of Clinical Psychiatry, 67(10), 1527–1535. https://doi.
- org/10.4088/jcp.v67n1006
- Studer, P., Brucker, J. M., Haag, C., Van Doren, J., Moll, G.
- H., Heinrich, H., & Kratz, O. (2019). Effects of blue-and
- red-enriched light on attention and sleep in typically developing
- adolescents. Physiology & Behavior, 199, 11–19.
- https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2018.10.015
- Tan, J. S. I., Cheng, L. J., Chan, E. Y., Lau, Y., & Lau, S. T.
- (2022). Light therapy for sleep disturbances in older adults
- with dementia: A systematic review, meta-analysis and
- meta-regression. Sleep Medicine, 90, 153–166. https://doi.
- org/10.1016/j.sleep.2022.01.013
- Terman, M., & Terman, J. S. (2005). Light therapy for seasonal
- and nonseasonal depression: Efficacy, protocol, safety, and
- side effects. CNS Spectrums, 10(8), 647–663. https://doi.
- org/10.1017/S1092852900019611
- Wright, H. R., Lack, L. C., & Kennaway, D. J. (2004). Differential
- effects of light wavelength in phase advancing the melatonin
- rhythm. Journal of Pineal Research, 36(2), 140–144. https://
- doi.org/10.1046/j.1600-079X.2003.00108.x
Trends and Prospects for Photoreactivation in Health Promotion
Yiing Mei LIOU
ABSTRACT: The use of light to promote health, reduce harm, and restore functionality is a novel, non-accumulative
physical strategy that contrasts with the predominantly chemical approaches used in Western
medicine. This strategy may serve as an independent function for healthcare professionals and
warrants further exploration. Photoreactivation, achieved by adjusting patients’ physiological clocks
at different times, utilizing specific wavelengths, varying color temperatures, and using illuminance,
is a potent tool for improving mood and sleep quality, regulating autonomic nervous system balance,
enhancing attention, and delaying cognitive decline. Light therapy is a rapidly expanding field in
healthcare that offers new opportunities to enhance quality of life, prevent diseases, and improve
overall well-being. This article elucidates the fundamental concepts of photoreactivation, explores its
application across diverse health domains, examines its future development prospects, and discusses
the challenges faced by photoreactivation and related solutions to ensure the responsible use of light to
enhance and restore physiological and psychological functions.
Key Words: light therapy, photoreactivation, sleep disorders, depression, dementia, attention deficit hyperactivity
disorder, attention, cognitive performance.