在15和16世纪漫长的航海旅行中，即所谓的 “地理大发现”，水手们经历了对美味的食物和青翠的田野的幻想。在海上航行数月后，他们发现这些只不过是幻觉，这让人非常痛苦。一些水手因渴望而哭泣，另一些则投海自尽。人们怀疑治疗这些令人痛苦的“海市蜃楼”的方法将是一种复杂的化学物质的混合物。然而，事实证明，解药非常简单：柠檬汁。这些水手患有坏血病，这是一种由维生素C缺乏引起的疾病，维生素C是一种重要的微量营养素，人们通过吃水果和蔬菜获得。 维生素C对神经递质的产生和释放非常重要，神经递质是大脑使用的化学信使。没有它，脑细胞就不能有效地相互“沟通”，这可能导致幻觉。 正如这个早期探险家的著名例子所说明的那样，食物和大脑之间存在着密切的联系，像密歇根大学分子、细胞和发育生物学副教授 Monica Dus 这样的科学家正在努力解开这个问题。作为一名在密歇根大学研究营养神经科学的科学家， Monica主要对食物的成分及其分解产物如何能改变控制人们生理的遗传指令感兴趣。 除此之外，Monica研究的另一个目标是了解食物如何影响人们的思想、情绪和行为。虽然我们还不能用饮食来预防或治疗大脑疾病，但像Monica这样的科学家正在学习大量关于营养在日常大脑过程中发挥的作用，这些过程使我们成为我们自己。 也许并不令人惊讶的是，营养物质的微妙平衡是大脑健康的关键。维生素、糖类、脂肪和氨基酸的缺乏或过剩都会以有益或有害的方式影响大脑和行为。 维生素和矿物质的缺乏 与维生素C一样，其他维生素和矿物质的缺乏也会导致对人类大脑产生不利影响的营养性疾病。例如，饮食中维生素B3/烟酸水平低--通常存在于肉类和鱼类中--会导致糙皮病，这是一种人们会出现痴呆症的疾病。 烟酸对于身体将食物转化为能量和建筑材料、保护遗传蓝图不受环境破坏以及控制某些基因产品的制造量是必不可少的。在缺乏这些关键过程的情况下，脑细胞（也称为神经元）会出现故障并过早死亡。这可能导致痴呆症。 在动物模型中，减少或阻止大脑中烟酸的产生会促进神经元损伤和细胞死亡。另一方面，提高烟酸水平已被证明可以减轻神经退行性疾病的影响，如阿尔茨海默病、亨廷顿病和帕金森病。尽管结果仍不确定，但对人类的观察性研究表明，足够水平的烟酸可能会保护人们免受这些疾病的影响。 有趣的是，由过度饮酒引起的烟酸缺乏可以导致与糙皮病类似的影响。 营养素缺乏如何影响大脑功能的另一个例子可以在碘元素中找到，它和烟酸一样，必须从人的饮食中获得。它自然存在于海产品和海藻中，也可以通过加碘盐获得。碘是甲状腺激素的重要组成部分--信号分子对人类生物学的许多方面都很重要，包括发育、代谢、食欲和睡眠。低碘水平阻碍了足够数量的甲状腺激素的产生，损害了这些基本的生理过程。 碘对发育中的人类大脑特别重要。事实上，在20世纪20年代食盐补充这种矿物质之前，碘缺乏是全世界认知障碍的一个主要原因。碘盐的引入被认为是上个世纪智商分数逐渐上升的原因。 生酮饮食可治疗癫痫症 并非所有的饮食缺乏都对大脑有害。事实上，研究表明，耐药性癫痫患者可以通过采用超低碳水化合物的方案，即所谓的生酮饮食，减少癫痫发作的次数，其中80%至90%的热量来自脂肪。 碳水化合物是身体的首选能量来源。当它们不可用时——无论是因为禁食还是因为生酮饮食——细胞通过将脂肪分解成称为酮的化合物来获取能量。使用酮作为能量会导致新陈代谢和生理发生深刻变化，包括体内循环的激素水平、大脑产生的神经递质数量以及生活在肠道中的细菌类型。 研究人员认为，这些依赖于饮食的变化，特别是能够使神经元安静下来并降低炎症分子水平的大脑化学物质的更高产量，可能在生酮饮食降低癫痫发作次数的能力中发挥了作用。这些变化也可以解释生酮状态--无论是通过饮食还是禁食--对认知功能和情绪的好处。 糖、饱和脂肪和超加工食品 某些营养物质的水平过高也会对大脑产生不利影响。在人类和动物模型中，精制糖和饱和脂肪的高消费--这种组合通常在超加工食品中发现--通过使大脑对已知的调节饱腹感和满足感的荷尔蒙信号不敏感来促进饮食。 有趣的是，富含这些食物的饮食也使味觉系统脱敏，使动物和人类认为食物不那么甜。这些感觉上的改变可能会影响食物的选择以及我们从食物中获得的回报。例如，研究表明，当人们连续两周每天吃冰淇淋时，大脑中对味觉和奖励有重要作用的区域对冰淇淋的反应会变得迟钝。一些科学家认为，食物奖励信号的减少可能会增强对更多脂肪和糖类食物的渴望，类似于吸烟者对香烟的渴望。 高脂肪和加工食品的饮食也与人类和动物模型中较低的认知功能和记忆力以及较高的神经退行性疾病发病率有关。然而，科学家们仍然不知道这些影响是由于这些食物还是由于长期食用这些饮食而产生的体重增加和胰岛素抵抗。 时间尺度 这把我们带到了饮食对大脑影响的一个关键方面：时间。有些食物可以急性影响大脑功能和行为--如在几小时或几天内--而其他食物则需要几周、几个月甚至几年才能产生影响。 例如，吃一片蛋糕会迅速地将一个患有耐药性癫痫的人的燃烧脂肪的生酮代谢转变为燃烧碳水化合物的代谢，增加癫痫发作的风险。另一方面，吃糖需要几周的时间来改变口味和大脑的奖励途径，而缺乏维生素C需要几个月的时间来发展坏血病。最后，当涉及到像阿尔茨海默病和帕金森病这样的疾病时，风险受到多年的饮食接触与其他遗传或生活方式因素（如吸烟）的影响。
