研究人员正努力更深入地了解食物与大脑之间的联系，以及影响我们的思想、情绪和行为的因素。
维生素和矿物质缺乏会引发营养性疾病，对人脑造成不利影响，例如缺碘。
归根结底，适度是关键——每种营养素摄入过多或过少都不利于大脑健康。
在15世纪和16世纪漫长的远洋航行期间，这一时期被称为大发现时代，水手们报告说自己看到了令人陶醉的美食和郁郁葱葱的田野。他们在海上数月后发现，这些不过是幻觉，痛苦不堪。一些水手因渴望而哭泣，另一些则跳海自尽。
事实证明，治愈这些骇人幻象的并非曾经被怀疑的复杂化学药剂，而是简单的柠檬汁解药。这些水手患上了坏血病，这种疾病由维生素C缺乏引起。维生素C是一种必需的微量营养素，人们通过食用水果和蔬菜摄取。
维生素C对神经递质的生成和释放十分重要；神经递质是大脑中的化学信使。缺乏维生素C时，脑细胞彼此无法有效沟通，可能导致幻觉。
正如这个早期探险者的著名事例所示，食物与大脑之间有着密切联系，我这样的研究人员正致力于揭示其中的奥秘。作为一名研究营养神经科学的科学家，我在密歇根大学主要关注食物成分及其分解产物如何改变控制我们生理机能的遗传指令。
此外，我的研究还着眼于了解食物如何影响我们的思想、情绪和行为。虽然我们尚不能通过饮食预防或治疗脑部疾病，但我这样的研究人员正在深入了解营养在日常大脑活动中所发挥的作用，这些活动塑造了我们的自我。
营养素的精细平衡对大脑健康至关重要，这或许并不令人意外：维生素、糖、脂肪和氨基酸摄入不足或过量，都可能对大脑和行为产生负面或正面影响。
维生素和矿物质缺乏
与维生素C一样，其他维生素和矿物质缺乏也会引发营养性疾病，对人类大脑造成不利影响。例如，饮食中维生素B3（烟酸）含量偏低——烟酸通常存在于肉类和鱼类中——会导致糙皮病，患者会出现痴呆。
烟酸对于将食物转化为能量和构成身体的原料、保护遗传蓝图免受环境损害，以及调控某些基因产物的生成量至关重要。缺少这些关键过程，脑细胞（又称神经元）就会功能失常并过早死亡，进而导致痴呆。
在动物模型中，减少或阻断大脑中的烟酸生成会加剧神经元损伤和细胞死亡。相反，研究显示，提高烟酸水平有助于减轻神经退行性疾病的影响，例如阿尔茨海默病、亨廷顿病和帕金森病。对人类的观察性研究表明，烟酸水平充足或可预防这些疾病，但结果仍无定论。
有趣的是，因过量饮酒而导致的烟酸缺乏，可能产生与糙皮病相似的影响。
营养素缺乏影响大脑功能的另一个例子是碘。与烟酸一样，碘也必须从饮食中获取。碘存在于海鲜和海藻中，是甲状腺激素的重要组成成分。甲状腺激素是信号分子，对人体生物学的诸多方面都很重要，包括发育、代谢、食欲和睡眠。碘水平低会妨碍甲状腺激素充分生成，损害这些重要的生理过程。
碘对发育中的人脑尤其重要；在20世纪20年代食盐添加这种矿物质之前，缺碘是全球认知障碍的主要原因。人们认为，推广加碘盐有助于过去一个世纪智商分数的逐步上升。
用于治疗癫痫的生酮饮食
并非所有饮食中的营养素缺乏都会损害大脑。事实上，研究显示，耐药性癫痫患者——这种疾病会使脑细胞不受控制地放电——可以减少发作次数，方法是采用一种碳水化合物含量极低的饮食方案，即生酮饮食，其中80%至90%的热量来自脂肪。
碳水化合物是人体首选的能量来源。缺乏碳水化合物时——无论是因为禁食还是采用生酮饮食——细胞都会通过分解脂肪获取燃料，生成称为酮体的化合物。利用酮体供能会引发显著的代谢和生理变化，包括体内循环的激素水平、大脑产生的神经递质数量，以及肠道中生活的细菌种类。
研究人员认为，这些由饮食引发的变化，尤其是能够抑制神经元活动的脑内化学物质生成增加，以及炎症分子水平降低，可能有助于解释生酮饮食为何能减少癫痫发作。这些变化也可能解释生酮状态的益处——无论通过饮食还是禁食实现——对认知功能和情绪的影响。
糖、饱和脂肪和超加工食品
某些营养素摄入过量也会对大脑造成不利影响。在人类和动物模型中，精制糖和饱和脂肪摄入量偏高——这是超加工食品中常见的组合——会通过让大脑对调节饱腹感的激素信号变得不敏感而促使人们进食。
有趣的是，富含这些食物的饮食还会降低味觉系统的敏感度，使动物和人类觉得食物没那么甜。这些感官变化可能影响食物选择以及我们从食物中获得的满足感。例如，研究显示，连续两周每天吃冰淇淋，会减弱人们大脑中与味觉和奖赏有关的重要区域对冰淇淋的反应。一些研究人员认为，食物奖赏信号减弱可能会加剧人们对更多高脂、高糖食物的渴望，类似于吸烟者对香烟的渴求。
高脂肪和加工食品饮食还与认知功能和记忆力下降有关，在人类中和动物模型中也与神经退行性疾病发病率上升有关。然而，研究人员仍不清楚这些影响究竟源于这些食物本身，还是源于长期食用这类饮食后出现的体重增加和胰岛素抵抗。
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时间尺度
这让我们看到饮食影响大脑的一个关键方面：时间。有些食物会迅速影响大脑功能和行为——例如在几小时或几天内——而另一些则需要数周、数月甚至数年才会产生影响。例如，吃下一块蛋糕，会迅速使耐药性癫痫患者以脂肪燃烧为主的生酮代谢转变为以碳水化合物燃烧为主的代谢，从而增加癫痫发作风险。相比之下，味觉和大脑的奖赏通路需要数周的糖摄入才会改变，而维生素C缺乏数月后才会出现坏血病。最后，对于阿尔茨海默病和帕金森病等疾病，风险会受到多年饮食暴露的影响，并与其他遗传因素或生活方式因素（如吸烟）共同作用。
归根结底，食物与大脑的关系有点像精细的“金发姑娘原则”：每种营养素都不能太少，也不能太多，恰到好处才行。
