在15和16世紀漫長的航海旅行中，即所謂的 “地理大發(fā)現(xiàn)”，水手們經(jīng)歷了對美味的食物和青翠的田野的幻想。在海上航行數(shù)月后，他們發(fā)現(xiàn)這些只不過是幻覺，這讓人非常痛苦。一些水手因渴望而哭泣，另一些則投海自盡。人們懷疑治療這些令人痛苦的“海市蜃樓”的方法將是一種復雜的化學物質(zhì)的混合物。然而，事實證明，解藥非常簡單：檸檬汁。這些水手患有壞血病，這是一種由維生素C缺乏引起的疾病，維生素C是一種重要的微量營養(yǎng)素，人們通過吃水果和蔬菜獲得。

維生素C對神經(jīng)遞質(zhì)的產(chǎn)生和釋放非常重要，神經(jīng)遞質(zhì)是大腦使用的化學信使。沒有它，腦細胞就不能有效地相互“溝通”，這可能導致幻覺。

正如這個早期探險家的著名例子所說明的那樣，食物和大腦之間存在著密切的聯(lián)系，像密歇根大學分子、細胞和發(fā)育生物學副教授 Monica Dus 這樣的科學家正在努力解開這個問題。作為一名在密歇根大學研究營養(yǎng)神經(jīng)科學的科學家， Monica主要對食物的成分及其分解產(chǎn)物如何能改變控制人們生理的遺傳指令感興趣。

除此之外，Monica研究的另一個目標是了解食物如何影響人們的思想、情緒和行為。雖然我們還不能用飲食來預(yù)防或治療大腦疾病，但像Monica這樣的科學家正在學習大量關(guān)于營養(yǎng)在日常大腦過程中發(fā)揮的作用，這些過程使我們成為我們自己。

也許并不令人驚訝的是，營養(yǎng)物質(zhì)的微妙平衡是大腦健康的關(guān)鍵。維生素、糖類、脂肪和氨基酸的缺乏或過剩都會以有益或有害的方式影響大腦和行為。

與維生素C一樣，其他維生素和礦物質(zhì)的缺乏也會導致對人類大腦產(chǎn)生不利影響的營養(yǎng)性疾病。例如，飲食中維生素B3/煙酸水平低--通常存在于肉類和魚類中--會導致糙皮病，這是一種人們會出現(xiàn)癡呆癥的疾病。

煙酸對于身體將食物轉(zhuǎn)化為能量和建筑材料、保護遺傳藍圖不受環(huán)境破壞以及控制某些基因產(chǎn)品的制造量是必不可少的。在缺乏這些關(guān)鍵過程的情況下，腦細胞(也稱為神經(jīng)元)會出現(xiàn)故障并過早死亡。這可能導致癡呆癥。

在動物模型中，減少或阻止大腦中煙酸的產(chǎn)生會促進神經(jīng)元損傷和細胞死亡。另一方面，提高煙酸水平已被證明可以減輕神經(jīng)退行性疾病的影響，如阿爾茨海默病、亨廷頓病和帕金森病。盡管結(jié)果仍不確定，但對人類的觀察性研究表明，足夠水平的煙酸可能會保護人們免受這些疾病的影響。

有趣的是，由過度飲酒引起的煙酸缺乏可以導致與糙皮病類似的影響。

營養(yǎng)素缺乏如何影響大腦功能的另一個例子可以在碘元素中找到，它和煙酸一樣，必須從人的飲食中獲得。它自然存在于海產(chǎn)品和海藻中，也可以通過加碘鹽獲得。碘是甲狀腺激素的重要組成部分--信號分子對人類生物學的許多方面都很重要，包括發(fā)育、代謝、食欲和睡眠。低碘水平阻礙了足夠數(shù)量的甲狀腺激素的產(chǎn)生，損害了這些基本的生理過程。

碘對發(fā)育中的人類大腦特別重要。事實上，在20世紀20年代食鹽補充這種礦物質(zhì)之前，碘缺乏是全世界認知障礙的一個主要原因。碘鹽的引入被認為是上個世紀智商分數(shù)逐漸上升的原因。

并非所有的飲食缺乏都對大腦有害。事實上，研究表明，耐藥性癲癇患者可以通過采用超低碳水化合物的方案，即所謂的生酮飲食，減少癲癇發(fā)作的次數(shù)，其中80%至90%的熱量來自脂肪。

碳水化合物是身體的首選能量來源。當它們不可用時——無論是因為禁食還是因為生酮飲食——細胞通過將脂肪分解成稱為酮的化合物來獲取能量。使用酮作為能量會導致新陳代謝和生理發(fā)生深刻變化，包括體內(nèi)循環(huán)的激素水平、大腦產(chǎn)生的神經(jīng)遞質(zhì)數(shù)量以及生活在腸道中的細菌類型。

研究人員認為，這些依賴于飲食的變化，特別是能夠使神經(jīng)元安靜下來并降低炎癥分子水平的大腦化學物質(zhì)的更高產(chǎn)量，可能在生酮飲食降低癲癇發(fā)作次數(shù)的能力中發(fā)揮了作用。這些變化也可以解釋生酮狀態(tài)--無論是通過飲食還是禁食--對認知功能和情緒的好處。

糖、飽和脂肪和超加工食品

某些營養(yǎng)物質(zhì)的水平過高也會對大腦產(chǎn)生不利影響。在人類和動物模型中，精制糖和飽和脂肪的高消費--這種組合通常在超加工食品中發(fā)現(xiàn)--通過使大腦對已知的調(diào)節(jié)飽腹感和滿足感的荷爾蒙信號不敏感來促進飲食。

有趣的是，富含這些食物的飲食也使味覺系統(tǒng)脫敏，使動物和人類認為食物不那么甜。這些感覺上的改變可能會影響食物的選擇以及我們從食物中獲得的回報。例如，研究表明，當人們連續(xù)兩周每天吃冰淇淋時，大腦中對味覺和獎勵有重要作用的區(qū)域?qū)Ρ苛艿姆磻?yīng)會變得遲鈍。一些科學家認為，食物獎勵信號的減少可能會增強對更多脂肪和糖類食物的渴望，類似于吸煙者對香煙的渴望。

高脂肪和加工食品的飲食也與人類和動物模型中較低的認知功能和記憶力以及較高的神經(jīng)退行性疾病發(fā)病率有關(guān)。然而，科學家們?nèi)匀徊恢肋@些影響是由于這些食物還是由于長期食用這些飲食而產(chǎn)生的體重增加和胰島素抵抗。

時間尺度

這把我們帶到了飲食對大腦影響的一個關(guān)鍵方面：時間。有些食物可以急性影響大腦功能和行為--如在幾小時或幾天內(nèi)--而其他食物則需要幾周、幾個月甚至幾年才能產(chǎn)生影響。

例如，吃一片蛋糕會迅速地將一個患有耐藥性癲癇的人的燃燒脂肪的生酮代謝轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵妓衔锏拇x，增加癲癇發(fā)作的風險。另一方面，吃糖需要幾周的時間來改變口味和大腦的獎勵途徑，而缺乏維生素C需要幾個月的時間來發(fā)展壞血病。最后，當涉及到像阿爾茨海默病和帕金森病這樣的疾病時，風險受到多年的飲食接觸與其他遺傳或生活方式因素(如吸煙)的影響。