這份文件是一篇發表於《Nature Reviews Neuroscience》（自然神經科學評論）的學術回顧文章，標題為《Brain foods: the effects of nutrients on brain function》（健腦食物：營養素對大腦功能的影響），作者是加州大學洛杉磯分校（UCLA）的 Fernando Gómez-Pinilla 。
這篇文章的核心主旨在於探討飲食習慣、特定營養素以及腸道信號如何透過分子機制影響大腦的突觸可塑性（synaptic plasticity）與認知功能（cognitive function）。文章打破了食物僅僅是身體能量來源的傳統觀點，強調食物是強大的環境因子，能像運動或睡眠一樣重塑大腦健康。
這第一部分回答，我將專注於文章的第一個主要核心領域：「內臟信號與腸道荷爾蒙對大腦認知功能的調節機制（Internal signals and the Gut-Brain Axis）」。我將把文中關於迷走神經刺激、各類腸道荷爾蒙（如 Leptin, Ghrelin, Insulin 等）以及它們如何與大腦演化和記憶形成相關聯的內容，整合為一個完整的長篇論述。
主要論點一：內臟信號與腸道荷爾蒙是認知功能與情緒的關鍵調節者
1. 引言：從單純能量供給到信息傳遞的範式轉移
長期以來，人類對於食物的理解主要停留在「能量供給」和「身體建構材料」的層面上。傳統營養學觀點認為，進食的主要目的是為了滿足身體代謝的熱量需求，維持基本的生理運作。然而，Gómez-Pinilla 教授在這篇回顧性文章中首先提出了一個重要的範式轉移：食物不僅僅是燃料，它更是一種能夠傳遞特定信號到大腦的「信息載體」。過去五年的研究累積了大量令人振奮的證據，顯示膳食因素（dietary factors）能夠直接影響維持心理功能的特定分子系統和機制。這意味著，我們吃進去的東西，會透過複雜的生化途徑，直接干預大腦的神經元功能、突觸的可塑性，進而影響我們學習、記憶以及情緒調節的能力。這種影響力是如此深遠，以至於特定營養素的相對豐度就足以改變認知過程。這種觀點的轉變，將飲食從單純的生理需求提升到了精神健康和腦神經科學的戰略高度。
在這個框架下，大腦並不是一個與身體其他器官隔絕的指揮中心，而是與周邊系統——特別是消化系統——保持著密切的雙向溝通。這種溝通不僅發生在攝取食物之後，甚至在預期進食的心理階段就已經開始。文章強調，理解食物對認知影響的分子基礎，將有助於我們制定策略，通過操縱飲食來增加神經元對損傷的抵抗力，並促進整體的心理健康（mental fitness）。
2. 迷走神經：連接腸道與大腦的信息高速公路
文章深入探討了連接腸道與大腦的關鍵解剖學路徑——迷走神經（Vagus Nerve）。迷走神經是腦神經中最長、分佈最廣的一對神經，它含有大量的傳入纖維，負責將胃腸道的狀態（如消化酶的釋放、食物的吸收情況等）反饋給大腦。這種「腸-腦軸線」（Gut-Brain Axis）的存在，解釋了為什麼內臟的感覺信號能夠如此深刻地影響心理功能。
作者引用了關於迷走神經刺激（Vagus Nerve Stimulation, VNS）的研究來佐證這一點。 VNS 原本是一種被批准用於治療難治性局部發作癲癇（refractory partial-onset seizures）的常規程序。然而，臨床觀察發現一個有趣的現象：接受 VNS 治療的癲癇患者，其情緒狀態有顯著改善。這引發了醫學界將 VNS 作為治療憂鬱症潛在手段的興趣。
文章詳細分析了相關的臨床試驗結果。雖然在一個為期 10 週的短期開放試驗中，VNS 未能顯著改善憂鬱症患者的症狀；但在一個長達 12 個月的長期研究中，VNS 產生了持續性的有益效果。具體來說，接受 VNS 治療的患者在「憂鬱症狀清單」（Inventory of Depressive Symptoms）的自我報告中，其改善速度是僅接受常規治療（TAU）患者的兩倍。基於這些長期研究的結果，美國食品藥物管理局（FDA）批准了 VNS 用於治療慢性（非急性）難治性憂鬱症。
那麼，為什麼刺激連接腸道的迷走神經可以治療大腦的情緒障礙？文章揭示了潛在的分子機制。最近的動物研究表明，迷走神經刺激能夠增加大鼠海馬迴（hippocampus）和大腦皮層（cerebral cortex）中兩種關鍵分子的信號傳遞：腦源性神經滋養因子（Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF）和成纖維細胞生長因子 2（Fibroblast Growth Factor 2, FGF2）。此外，VNS 還提升了前額葉皮層中去甲腎上腺素（noradrenaline）的水平。
這一發現至關重要，因為 BDNF 和去甲腎上腺素水平的提升，正是許多傳統抗憂鬱藥物發揮作用的機制。此外，迷走神經背核（dorsal motor nucleus）的神經元被發現能夠逆向運輸 BDNF 和其他神經滋養因子。這意味著，來自內臟的感覺和運動信號，可能利用神經滋養因子作為媒介，調節大腦的情緒和認知中樞。更有趣的是，除了改善情緒，VNS 在人類和囓齒動物的研究中都被發現能增強記憶表現。這暗示了通過迷走神經傳遞到大腦的消化道信息，不僅影響情緒，還可能服務於更高級的認知處理過程。
3. 腸道荷爾蒙：跨越血腦屏障的認知調節劑
除了神經傳導，文章詳細論述了腸道透過分泌荷爾蒙或肽類物質直接進入血液循環，進而影響大腦的機制。這些「腸道荷爾蒙」包括瘦素（Leptin）、生長素（Ghrelin）、胰高血糖素樣肽-1（GLP1）以及胰島素（Insulin）。這些物質傳統上被認為只負責調節食慾、血糖和能量代謝，但最新的神經科學證據表明，它們對認知過程和情緒有著直接且深遠的影響。
- 瘦素（Leptin）： 瘦素是由脂肪組織合成的荷爾蒙，其主要功能是向大腦發送信號以減少食慾。然而，科學家在大腦的多個區域發現了瘦素受體，包括下視丘（hypothalamus）、大腦皮層和與記憶密切相關的海馬迴。這一解剖學分佈本身就暗示了瘦素功能的複雜性。文章指出，瘦素能夠提升下視丘中 BDNF 的表現，這表明 BDNF 可能是瘦素調節攝食和能量穩態的中介。 更重要的是，瘦素在海馬迴中表現出促進突觸可塑性（synaptic plasticity）的能力。突觸可塑性是大腦學習和記憶的神經基礎。研究顯示，遺傳性肥胖的囓齒動物（其瘦素受體功能失調）表現出長時程增強作用（Long-Term Potentiation, LTP）和長時程抑制作用（Long-Term Depression）的受損，並伴隨著空間學習能力的困難。引人注目的是，如果直接將瘦素注射到這些動物的海馬迴中，上述缺陷可以被修復。最新的研究還發現，瘦素能促進海馬迴樹突形態的快速變化，這進一步證實了瘦素對大腦結構和功能具有直接的調節作用。這解釋了為什麼肥胖（通常伴隨瘦素阻抗）往往與認知功能下降有關。
- 生長素（Ghrelin）： 與瘦素相反，生長素是一種由空腹的胃分泌的「促食慾」荷爾蒙（adipogenic hormone）。它不僅在下視丘的弓狀核（arcuate nucleus）有受體，在海馬迴中也有表達。雖然周邊注射生長素會增加攝食量並可能導致肥胖，但它在大腦中卻扮演著促進認知的角色。 文章描述了生長素如何促進下視丘突觸末梢的快速重組，並在海馬迴中促進樹突棘（dendritic spines）的形成以及 LTP 的產生。這些細胞層面的變化在行為上表現為空間學習和記憶能力的增強。這提供了一個有趣的演化視角：當動物處於飢餓狀態（生長素水平高）時，大腦的學習和記憶能力反而被強化，這可能有助於動物更有效地記住食物來源的位置或學習覓食策略。
- 胰高血糖素樣肽-1（GLP1）： GLP1 是由腸道細胞合成的，主要負責調節能量代謝，刺激胰島素分泌並抑制食慾。然而，GLP1 受體同樣存在於神經元中。將 GLP1 注入大鼠腦部已被證明可以改善聯想記憶（associative memory）和空間記憶。這再次強調了代謝信號與認知功能之間的緊密聯繫。
- 胰島素（Insulin）： 儘管胰島素由胰臟分泌，但它能進入大腦並與位於特定腦區（如海馬迴）的信號轉導受體相互作用。文章指出，胰島素的分泌通常受到對進餐的心理預期（mental anticipation）的刺激，並在消化和吸收過程中持續存在。證據顯示，胰島素能夠改變突觸活動和認知處理過程。
4. 演化視角：攝食行為與認知能力的協同演化
為了深刻理解為什麼消化系統的信號會如此深度地介入大腦的認知功能，Gómez-Pinilla 教授在文中引入了演化生物學的視角（特別是 Box 1 的內容）。
文章提出，促進食物獲取和能量效率的適應性變化，對現代大腦的形成和認知技能的發展施加了強大的演化壓力。例如，角馬（wildebeest）每年在薩凡納草原上遷徙數百英里尋找覓食地，這種行為需要功能完善且複雜的導航、防禦和認知能力才能生存。
控制攝食行為的大腦中樞與控制認知的中樞在功能上是整合在一起的。這在生存上具有極高的合理性：
- 厭惡學習： 如果動物吃了一頓有毒的飯，它必須通過涉及下視丘、海馬迴和杏仁核（amygdala）的複雜學習和記憶機制，對該食物的味道產生永久的厭惡。這是攸關生死的記憶。
- 獎賞與愉悅： 反之，關於食物的愉快記憶與大腦的獎賞路徑（reward pathways）相關聯，驅動動物重複有益的攝食行為。
大量的古生物學證據表明，食物的獲取與大腦容量之間存在直接關係。人類祖先腦容量的增大與烹飪技能的發展、食物獲取能力的提升以及能量節約（直立行走）密切相關。這一切都需要將認知策略與成功的攝食行為相協調。
特別值得注意的是 Omega-3 脂肪酸（尤其是 DHA）在人腦演化中的角色。 DHA 是大腦細胞膜中最豐富的 Omega-3 脂肪酸，但人體合成 DHA 的效率極低，必須依賴飲食攝取。文章引用了「沿岸飲食假說」（shore-based diet hypothesis），認為早期人類祖先能夠獲得富含 DHA 的水產食物，這是人腦腦化（encephalization，即腦/身體質量比增加）的關鍵先決條件。這進一步佐證了飲食內容直接塑造了大腦的結構與功能潛力。
5. 小結：攝食即是大腦調節
綜合上述分析，這一論點的核心結論是：攝食行為本身就能在兩個層面上調節認知過程。 第一是通過連接腸道和大腦的神經迴路（主要是迷走神經）； 第二是通過釋放到血液中的腸道肽類和荷爾蒙（如瘦素、生長素、胰島素）。
這些內臟信號不再被視為單純的消化副產物，而是被確認為調節心理功能的基本要素。這一發現解釋了為什麼生活方式因素（如飲食和運動）可以用作減少憂鬱症、精神分裂症和雙相情感障礙的輔助療法。挑戰在於我們如何利用這些知識——例如通過特定的飲食干預或模擬這些信號的藥物——來促進大腦健康並修復受損的神經迴路。