我们吃什么很重要，而摄入适量的必需营养素是我们整体健康的关键。
在 15 世纪和 16 世纪漫长的航海航行中，这一时期被称为大航海时代，水手们体验到了崇高的食物和青翠的田野。在海上航行数月后发现这些只不过是幻觉，令人痛苦。当一些水手因渴望而哭泣时，另一些水手将自己抛入海中。
人们怀疑，这些令人痛心的海市蜃楼的治愈方法将是复杂化学物质的混合物。然而，事实证明解毒剂很简单：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 是人们从水果和蔬菜中获得的必需微量营养素。
维生素 C 对神经递质（大脑使用的化学信使）的产生和释放很重要。没有它，脑细胞之间就无法进行有效的交流，从而导致幻觉。
正如这个早期探险家的著名例子所表明的那样，食物和大脑之间有着密切的联系，像我这样的科学家正在努力解开这一点。作为一名在密歇根大学研究营养神经科学的科学家，我主要对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感兴趣。
除此之外，我研究的另一个目标是了解食物如何影响我们的思想、情绪和行为。虽然我们还不能通过饮食来预防或治疗大脑疾病，但像我这样的科学家正在大量了解营养在使我们成为我们自己的日常大脑过程中所起的作用。
也许并不奇怪，营养的微妙平衡是大脑健康的关键：维生素、糖、脂肪和氨基酸的缺乏或过量都会以有益或有害的方式影响大脑和行为。
吃完整的饮食，包括均衡供应所有必需的维生素和矿物质，对大脑健康很重要。
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的缺乏也会导致对人类大脑产生不利影响的营养疾病。例如，饮食中维生素 B3/烟酸含量低（通常存在于肉类和鱼类中）会导致糙皮病，这种疾病会导致人们患上痴呆症。
烟酸对于身体将食物转化为能量和积木、保护基因蓝图免受环境破坏以及控制某些基因产物的制造量至关重要。在没有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。这会导致痴呆。
在动物模型中，减少或阻断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阿尔茨海默病、亨廷顿病和帕金森病等神经退行性疾病的影响。尽管结果尚无定论，但对人体的观察性研究表明，足够水平的烟酸可以预防这些疾病。
有趣的是，过量饮酒导致的烟酸缺乏会导致与糙皮病相似的效果。
另一个关于营养缺乏如何影响大脑功能的例子可以在碘元素中找到，它和烟酸一样，必须从一个人的饮食中获得。它天然存在于海鲜和海藻中，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、新陈代谢、食欲和睡眠。低碘水平会阻止产生足够量的甲状腺激素，从而损害这些重要的生理过程。
碘对发育中的人类大脑尤为重要。事实上，在 1920 年代用这种矿物质补充食盐之前，碘缺乏是全球认知障碍的主要原因。碘盐的引入被认为是上个世纪智商分数逐渐上升的原因。
生酮饮食可以帮助患有耐药性癫痫的人。
癫痫的生酮饮食
并非所有的饮食不足都对大脑有害。事实上，研究表明，患有耐药性癫痫（一种脑细胞不受控制地放电）的人可以通过采用称为生酮饮食的超低碳水化合物方案来减少癫痫发作的次数，其中 80% 到 90% 的卡路里来自脂肪。
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燃料。酮类作为能量的利用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的数量以及生活在肠道中的细菌类型。
研究人员认为，这些与饮食相关的变化，尤其是可以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增加，可能在生酮饮食降低癫痫发作次数的能力中起作用。这些变化也可以解释生酮状态（通过饮食或禁食）对认知功能和情绪的益处。
有些食物会对你的记忆力和情绪产生负面影响。
糖、饱和脂肪和超加工食品
某些营养素含量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（一种常见于超加工食品中的组合）的摄入量增加，通过使大脑对调节饱腹感和满足感的荷尔蒙信号脱敏来促进进食。
有趣的是，这些食物含量高的饮食也会使味觉系统脱敏，使动物和人类认为食物不那么甜。这些感官变化可能会影响食物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，大脑对味觉和奖励很重要的区域对冰淇淋的反应会变得迟钝。一些科学家认为，这种食物奖励信号的减少可能会增强对更多脂肪和含糖食物的渴望，类似于吸烟者渴望香烟的方式。
高脂肪和加工食品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造成的，还是由于长期食用这些饮食而导致的体重增加和胰岛素抵抗。
时间尺度
这将我们带到了饮食对大脑影响的一个关键方面：时间。有些食物会严重影响大脑功能和行为 - 例如数小时或数天 - 而其他食物则需要数周、数月甚至数年才能产生影响。
例如，吃一片蛋糕会迅速将耐药性癫痫患者的脂肪燃烧、生酮代谢转变为碳水化合物燃烧代谢，从而增加癫痫发作的风险。另一方面，需要数周的糖消耗才能改变口味和大脑的奖励途径，而缺乏维生素 C 需要数月才能发展为坏血病。最后，对于阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等疾病，风险会受到多年饮食暴露以及吸烟等其他遗传或生活方式因素的影响。
归根结底，食物和大脑的关系有点像娇嫩的金发姑娘：我们需要的不是太少，也不是太多，每种营养素都足够了。
由密歇根大学分子、细胞和发育生物学副教授 Monica Dus 撰写。
本文首发于 The Conversation。 
