在15世纪和16世纪的长途航海航行中，这一时期被称为发现时代，水手们报告说他们体验到了崇高食物和青翠田野的景象。在海上航行数月后发现这些只不过是幻觉，这令人痛苦。一些水手在渴望中哭泣;其他人则把自己扔下了船。

事实证明，这些令人痛苦的海市蜃楼的治疗方法并不像曾经怀疑的那样是复杂化学物质的混合物，而是柠檬汁的简单解毒剂。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是人们通过食用水果和蔬菜获得的必需微量营养素。

维生素C对于神经递质(大脑的化学信使)的产生和释放很重要。在没有它的情况下，脑细胞不能有效地相互通信，这可能导致幻觉。

正如这个早期探险家的著名例子所表明的那样，食物和大脑之间存在着密切的联系，像我这样的研究人员正在努力解开这种联系。作为密歇根大学研究营养神经科学的科学家，我主要感兴趣的是食物成分及其分解产物如何改变控制我们生理学的遗传指令。

除此之外，我的研究还集中在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，但像我这样的研究人员正在学习很多关于营养在日常大脑过程中所起的作用，这些过程使我们成为我们自己。

也许不足为奇的是，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会以消极或积极的方式影响大脑和行为。

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诱发营养性疾病，对人类的大脑产生不利影响。例如，低膳食水平的维生素B3 /烟酸 - 通常存在于肉类和鱼类中 - 导致糙皮病，这是一种人们患上痴呆症的疾病。

烟酸对于将食物转化为能量和构建块，保护遗传蓝图免受环境破坏以及控制某些基因产品的制造量至关重要。在没有这些关键过程的情况下，脑细胞(也称为神经元)发生故障并过早死亡，导致痴呆症。

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。相反，提高烟酸水平已被证明可以减轻阿尔茨海默氏症，亨廷顿舞蹈症和帕金森氏症等神经退行性疾病的影响。对人类的观察性研究表明，足够水平的烟酸可以预防这些疾病，但结果仍然没有定论。

有趣的是，由过量饮酒引起的烟酸缺乏症会导致与糙皮病相似的效果。

营养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，碘元素与烟酸一样，必须从饮食中获得。碘存在于海鲜和海藻中，是甲状腺激素的重要组成部分，甲状腺激素是信号分子，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量的甲状腺激素，损害这些基本的生理过程。

碘对发育中的人脑特别重要;在食盐在20世纪20年代补充这种矿物质之前，碘缺乏是全球认知障碍的主要原因。碘盐的引入被认为是过去一个世纪智商分数逐渐上升的原因。

癫痫的生酮饮食

并非所有的饮食缺陷都对大脑有害。事实上，研究表明，患有耐药性癫痫的人 - 一种脑细胞不受控制地放电的情况 - 可以通过采用超低碳水化合物方案(称为生酮饮食)来减少癫痫发作次数，其中80%至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得燃料。利用酮作为能量会导致新陈代谢和生理学的深刻变化，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，这些饮食依赖性的变化，特别是大脑化学物质的产生量更高，可以使神经元安静下来并降低炎症分子的水平，可能在生酮饮食降低癫痫发作次数的能力中发挥作用。这些变化也可以解释生酮状态的好处 - 无论是通过饮食还是禁食 - 对认知功能和情绪。

糖、饱和脂肪和超加工食品

某些营养素的过量水平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(超加工食品中常见的组合)的消费增加，通过使大脑对已知调节饱腹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的选择以及我们从食物中获得的奖励。例如，研究表明，当人们每天吃冰淇淋两周时，对味道和奖励很重要的大脑区域对冰淇淋的反应就会变得迟钝。一些研究人员认为，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，研究人员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引起的体重增加和胰岛素抵抗。

时间尺度

这就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，吃一块蛋糕会迅速将耐药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，增加癫痫发作的风险。相比之下，味觉和大脑的奖励途径需要数周的糖消耗才能改变，而维生素C缺乏症则需要数月才能发展为坏血病。最后，当涉及到阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等疾病时，风险受到多年饮食暴露与其他遗传或生活方式因素(如吸烟)的影响。

最后，食物和大脑之间的关系有点像精致的金发姑娘：我们不需要太少，不需要太多，但每种营养素都足够。