在被稱為「大航海時代」的 15 世紀和 16 世紀的漫長航海航行中，水手們報告說他們看到了美味的食物和翠綠的田野。 經過幾個月的海上航行後，我發現這些只不過是幻覺，這令人痛苦不已。 有些水手因渴望而哭泣； 其他人則跳水了。

事實證明，治癒這些令人痛苦的海市蜃樓的方法並不像人們曾經懷疑的那樣是複雜化學物質的混合物，而是檸檬汁的簡單解毒劑。 這些水手患有壞血病，這是一種因缺乏維生素 C 引起的疾病，維生素 C 是人們透過食用水果和蔬菜獲得的必需微量營養素。

維生素 C 對於神經傳導物質（大腦的化學信使）的產生和釋放非常重要。 如果沒有它，腦細胞就無法有效地相互溝通，這可能會導致幻覺。

正如早期探險家的這個著名例子所表明的那樣，食物和大腦之間存在著密切的聯繫，像我這樣的研究人員正在努力解開這一聯繫。 身為一名在密西根大學研究營養神經科學的科學家，我主要感興趣的是食物成分及其分解產物如何改變控制我們生理機能的遺傳指令。

除此之外，我的研究也著重於了解食物如何影響我們的思想、情緒和行為。 雖然我們還無法透過飲食來預防或治療大腦疾病，但像我這樣的研究人員正在大量了解營養在日常大腦過程中所扮演的角色，這些過程造就了我們。

也許並不奇怪，營養素的微妙平衡是大腦健康的關鍵：維生素、糖、脂肪和胺基酸的缺乏或過量都會以負面或正面的方式影響大腦和行為。

維生素和礦物質缺乏

與維生素 C 一樣，其他維生素和礦物質的缺乏也會引發營養疾病，對人類大腦產生不利影響。 例如，飲食中維生素 B3/菸鹼酸（通常存在於肉類和魚類中）含量低會導致糙皮病，這種疾病會導致人們罹患失智症。

菸鹼酸對於將食物轉化為能量和構建模組、保護基因藍圖免受環境破壞以及控制某些基因產物的生成量至關重要。 如果缺乏這些關鍵過程，腦細胞（也稱為神經元）就會發生故障並過早死亡，從而導致癡呆症。

在動物模型中，減少或阻止大腦中菸鹼酸的產生會促進神經元損傷和細胞死亡。 相反，提高菸鹼酸水平已被證明可以減輕阿茲海默症、亨廷頓舞蹈症和帕金森氏症等神經退化性疾病的影響。 對人類的觀察性研究表明，足夠的菸鹼酸水平可以預防這些疾病，但結果仍不確定。

有趣的是，過量飲酒引起的菸鹼酸缺乏會導致與糙皮病類似的影響。

營養缺乏如何影響大腦功能的另一個例子是碘元素，它與菸鹼酸一樣，必須從飲食中獲取。 碘存在於海鮮和海藻中，是甲狀腺激素的重要組成部分，甲狀腺激素是信號分子，對人類生物學的許多方面（包括發育、新陳代謝、食慾和睡眠）都很重要。 低碘水平會阻礙甲狀腺激素的產生，從而損害這些重要的生理過程。

碘對於人類大腦的發育尤其重要； 在 1920 年代食鹽添加這種礦物質之前，碘缺乏是全世界認知障礙的主要原因。 人們認為，碘鹽的引入導致了上個世紀智商分數的逐漸上升。

生酮飲食治療癲癇

並非所有飲食不足都會對大腦有害。 事實上，研究表明，患有抗藥性癲癇（一種腦細胞不受控制地放電的疾病）的人可以透過採用超低碳水化合物療法（稱為生酮飲食）來減少癲癇發作次數，其中80 % 至90%卡路里是從脂肪中獲取的。

碳水化合物是身體的首選能量來源。 當它們無法獲得時——無論是因為禁食還是因為生酮飲食——細胞透過將脂肪分解成酮類化合物來獲取燃料。 利用酮作為能量會導致新陳代謝和生理學的深刻變化，包括體內循環的荷爾蒙水平、大腦產生的神經傳導物質的數量以及腸道中細菌的類型。

研究人員認為，這些飲食依賴性的變化，尤其是大腦化學物質的增加，可以使神經元安靜下來並降低發炎分子的水平，可能在生酮飲食降低癲癇發作次數的能力中發揮作用。 這些變化也可以解釋生酮狀態（無論是透過飲食或禁食）對認知功能和情緒的好處。

有些食物會對您的記憶力和情緒產生負面影響。

糖、飽和脂肪及超加工食品

某些營養素過量也會對大腦產生有害影響。 在人類和動物模型中，精製糖和飽和脂肪（超加工食品中常見的組合）的攝取量增加，可以使大腦對調節飽腹感的荷爾蒙訊號不敏感，從而促進進食。

有趣的是，富含這些食物的飲食也會使味覺系統變得不敏感，使動物和人類感覺食物不那麼甜。 這些感官的改變可能會影響食物的選擇以及我們從食物中獲得的獎勵。 例如，研究表明，當人們連續兩週每天都吃冰淇淋時，大腦中對味覺和獎勵很重要的區域對冰淇淋的反應會變得遲鈍。 一些研究人員認為，食物獎勵訊號的減少可能會增強對更多脂肪和含糖食物的渴望，類似於吸菸者渴望香菸的方式。

高脂肪和加工食品飲食也與人類和動物模型認知功能和記憶力下降以及神經退化性疾病發生率較高有關。 然而，研究人員仍然不知道這些影響是由這些食物引起的，還是由長期食用這些飲食引起的體重增加和胰島素抗性引起的。

時間尺度

這給我們帶來了飲食對大腦影響的一個關鍵方面：時間。 有些食物可以劇烈影響大腦功能和行為——例如數小時或數天——而有些食物則需要數週、數月甚至數年才能產生影響。 例如，吃一塊蛋糕會迅速將抗藥性癲癇患者的脂肪燃燒生酮代謝轉變為碳水化合物燃燒代謝，從而增加癲癇發作的風險。 相較之下，需要數週的糖攝取量才能改變味覺和大腦的獎賞途徑，並且需要數月的維生素C缺乏才能患上壞血病。 最後，當涉及阿茲海默症和帕金森氏症等疾病時，風險受到多年飲食暴露以及其他遺傳或生活方式因素（例如吸煙）的影響。

最後，食物和大腦之間的關係有點像嬌嫩的金髮姑娘：我們需要的每種營養素不能太少，也不能太多，但恰到好處。

Monica Dus，分子、細胞和發育生物學副教授， 密西根大學

本文根據知識共享授權從 The Conversation 重新發布。 閱讀原文。