在15世纪和16世纪的漫长航海旅程中，这段时期被称为“发现时代”，水手们报告说，他们看到了崇高的食物和翠绿的田野。在海上呆了几个月之后，发现这些不过是幻觉，这让我很痛苦。有些水手因渴望而哭泣;还有一些人跳海逃生。
结果证明，治疗这些令人痛苦的幻梦的良方并非像人们曾经怀疑的那样，是一种复杂的化学混合物，而是柠檬汁这种简单的解药。这些水手患有坏血病，这是一种由缺乏维生素C引起的疾病，维生素C是人们从吃水果和蔬菜中获得的一种必需的微量营养素。
维生素C对于大脑的化学信使——神经递质的产生和释放非常重要。在这种情况下，脑细胞不能有效地相互交流，从而导致幻觉。
正如这个早期探险家的著名例子所说明的那样，食物和大脑之间有着密切的联系，我这样的研究人员正在努力解开这一联系。作为一名在密歇根大学研究营养神经科学的科学家，我主要感兴趣的是食物的成分及其分解产物如何改变控制我们生理的基因指令。
除此之外，我的研究还专注于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了解很多关于营养在我们的日常大脑过程中扮演的角色，这些过程决定了我们是谁。
营养的微妙平衡是大脑健康的关键，这也许并不奇怪: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导致营养疾病，对人类的大脑产生不利影响。例如，膳食中维生素B3/烟酸(通常存在于肉类和鱼类中)水平低会导致糙皮病，这是一种会导致痴呆的疾病。
烟酸在将食物转化为能量和建筑材料、保护基因蓝图不受环境破坏以及控制某些基因产物的生成等方面都是必不可少的。在缺乏这些关键过程的情况下，脑细胞，也就是神经元，会失灵并过早死亡，导致痴呆。
在动物模型中，减少或阻断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。对人体的观察研究表明，足够水平的烟酸可以预防这些疾病，但结果仍不确定。
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后果。
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，它像烟酸一样，必须从一个人的饮食中获得。碘存在于海鲜和海藻中，是甲状腺激素的基本组成部分。甲状腺激素是一种信号分子，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。低碘水平会阻止甲状腺激素的产生，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;在20世纪20年代食盐中添加这种矿物质之前，碘缺乏是全球范围内认知障碍的一个主要原因。在过去的一个世纪里，碘盐的引入被认为是导致智商逐渐提高的原因之一。
生酮饮食治疗癫痫
并非所有的饮食缺陷都对大脑有害。事实上，研究表明，耐药癫痫患者可以通过采用超低碳水化合物饮食，即生酮饮食来减少癫痫发作的次数，这种饮食中80%到90%的热量来自脂肪。
碳水化合物是身体首选的能量来源。当因为禁食或生酮饮食而无法获得它们时，细胞通过将脂肪分解成一种叫做酮的化合物来获得燃料。酮对能量的利用导致代谢和生理发生深刻变化，包括体内循环激素的水平、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，这些依赖于饮食的变化，尤其是大脑中能够安静神经元和降低炎症分子水平的化学物质的大量产生，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对认知功能和情绪的好处——无论是通过饮食还是禁食。
糖、饱和脂肪和超加工食品
某些营养物质过量也会对大脑产生有害影响。在人类和动物模型中，精制糖和饱和脂肪(一种在超加工食品中常见的组合)的摄入增加，会使大脑对调节饱腹感的激素信号脱敏，从而促进进食。
有趣的是，富含这些食物的饮食也会使味觉系统脱敏，使动物和人类觉得食物不那么甜。这些感官的改变可能会影响食物的选择以及我们从食物中获得的奖赏。例如，研究表明，当人们连续两周每天都吃冰淇淋时，大脑中负责味觉和奖励的重要区域对冰淇淋的反应会变得迟钝。一些研究人员认为，这种食物奖励信号的减少可能会增强对更多高脂肪和含糖食物的渴望，就像吸烟者渴望吸烟一样。
高脂肪和加工食品的饮食也与人类和动物模型的认知功能和记忆低下以及神经退行性疾病的更高发病率有关。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食物导致的体重增加和胰岛素抵抗。
时间尺度
这就引出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，比如几个小时或几天，而其他食物则需要几周、几个月甚至几年才会产生效果。例如，吃一块蛋糕会迅速将耐药癫痫患者燃烧脂肪的生酮代谢转变为燃烧碳水化合物的代谢，从而增加癫痫发作的风险。相比之下，它需要数周的糖分摄入来改变口味和大脑的奖赏路径，几个月的维生素C缺乏才能发展成坏血病。最后，当谈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暴露以及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娇嫩的金发姑娘:我们需要的每种营养都不太少，也不太多，只要足够就可以了。
