美食如何操控大脑？| 追问新知

2024年9月6日，一阵阵美妙的食物香气，自上海思南公馆思南文学之家传出，如同一张无形之网，悄然铺展，吸引了众多游客走入，开启一场“大脑与美食”的奇妙体验。

根据此次活动的发起人、复旦大学附属华山医院院长、天桥脑科学研究院临床转化研究中心主任毛颖教授介绍，这场脑科学跨界科普活动，是天桥脑科研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI）与中国神经科学学会共同主办的，多位神经科学家受邀与知名美食家一起，通过学术报告、科学实验和故事分享等方式，走近大众，分享美食影响认知、情感与行为的脑科学知识。

4个“超越认知”的嗅觉真相

《品尝的科学》一书中提到，味觉有“酸、甜、苦、咸、鲜”五种基本类型。然而，我们丰富的食物体验，其实是嗅觉、味觉及触觉等多种感官共同作用的结果。其中，嗅觉的作用尤为重要。正如中国科学院心理研究所的周雯研究员在论坛中所说：

大多数食物风味的感知，

实际来自于嗅觉，而非味觉。

实际上，感知气味主要有两条途径——鼻前通路和鼻后通路。鼻前通路指的是食物散发的气味分子通过鼻腔末端进入，触达那里的嗅上皮。嗅上皮上分布的各种嗅觉受体会把化学信号转化成电信号，传送至嗅球，使我们能够闻到食物的香气。而鼻后通路则发生在咀嚼过程中，食物被口腔加热并与唾液混合后，其气味分子会随呼气进入鼻腔，激活同一位置的嗅觉感受器，并将信息传递至嗅球。

▷感知气味的鼻前通路与鼻后通路

气味并非物理实体，

而是由大脑中的神经网络编码而成。

气味并非真实地存在于化学分子本身，而是由大脑中的嗅觉神经元处理后，形成的一种动态的时空模式。不同的气味分子会激活嗅球上不同位置的嗅小球，这些嗅小球的激活顺序与气味的成分和动态特性有关。因此，个体对于气味的感知，包含了对时间信息的高度敏感性和连续性的变化响应。

如此，我们的嗅觉系统能够像“化学分析师”一样，精确分析环境的化学构成和其动态变化。嗅觉信息从嗅球开始，经由嗅束向大脑边缘系统的多个关键脑区传播，如梨状皮质、杏仁核（情绪中心）、内嗅皮质（脑内GPS）等等，从而产生嗅觉。

▷嗅知觉的时空编码

人类同样擅长利用气味进行定位，其能力水平甚至不逊于狗，前提是趴得足够低。

由于嗅觉知觉主要是同侧传导，左右鼻腔采样到的不同空间区域的气味能够被大脑准确识别，而人同样具备两侧鼻腔，因此人类理论上具备通过气味感知方向进而定位的能力。

一项以人类和狗为实验对象的嗅觉定位研究显示[1]，经过适当训练，蒙上眼睛的人类能有效地利用气味导航，并不断调整自身行进路线，最终准确追踪到目标——巧克力。

▷嗅觉定位实验

周雯介绍说，她所在实验室开展的一项基于光流判断行进方向的研究也发现[2]，当无法依靠视觉明确区分方向时，我们对行进方向的判断，会被鼻腔两侧气味浓度关系所影响，大脑会倾向于认为自己正朝着更高浓度一侧移动。这意味着，大脑能根据气味浓度综合分析，并提供方位线索。如此说来，难怪在逛商场时，人们总会不知不觉走到烘焙区。

相比其他感官，

嗅觉更容易引导回忆与情感。

气味能够激发丰富的情感体验和生动的记忆片段，这些经历往往包含强烈的时空信息;特定气味还能引发人们对特定人物或地点的独特回忆。例如，红烧肉烧制的香味，可能会让人想起母亲以及那些童年时代母亲在厨房忙碌的场景；偶然闻到一阵花香，可能会唤起儿时外婆陪伴我们学习骑车的回忆……

这些承载在气味里的时空回忆，得益于海马区[3]在记忆形成特别是自传体回忆（个人过去经验）中的重要作用。嗅觉信号的传导和记忆，常会影响杏仁核和海马等结构，进一步关联到情绪、记忆以及时空感知等复杂功能。

▷海马与嗅觉系统的功能连接

因此，一旦失去嗅觉，不仅意味着失去了感官体验的一部分，还可能割裂与嗅觉记忆相关的丰富情感世界。如果由于病毒感染或者神经退行性疾病而造成嗅觉长期丧失，甚至可能会影响个体的情绪状态。想要恢复嗅觉功能，关键在于重新建立气味与大脑中已有的记忆之间的联系。例如，当看到酱油时，应当努力联想到酱油的气味，通过这种方法加强神经关联，从而帮助嗅觉恢复。

嗅觉对于大多数人而言至关重要，它不仅关乎日常生活质量，还在情感联系和社会交往中扮演着关键角色。

“被操控”的进食行为

气味可以帮助人类定位并找到食物，但是否产生进食行为，会受内外多种因素的共同影响，例如生理状态、食物的诱惑力以及个体的焦虑程度等。

CRHLHA神经元，

在进食过程中发挥重要作用。

临港实验室徐华泰研究员在论坛中介绍，在哺乳动物的外侧下丘脑存在着一类名为促肾上腺皮质激素释放激素神经元（CRHLHA神经元）。这些神经元在进食时会变得活跃，实验室可以观察并记录到这类神经元的放电活动。看到食物或者闻到食物气味，也会刺激CRHLHA神经元活化；在饥饿状态下，CRHLHA神经元的活跃程度会高于饱腹状态，这一现象体现了食欲的动态变化[4]。

▷CRHLHA神经元的活跃程度反应食欲变化

就算饱腹，食物的美味，也会诱使你进食。

一般来说，吃饱后，食物对我们的吸引力会大大下降。然而，就像人们常说的“吃饭的胃和吃甜点的胃，从来都不是一个”，即便是饱腹状态下，面对诱人的巧克力或甜点，CRHLHA神经元还是会再度活跃起来，仿佛在说“再来一点儿”。就连大脑，也无法拒绝美食带来的“纯粹的快乐”。

▷饱腹状态下CRHLHA神经元会在面对偏好食物的信号下活跃

进食与焦虑行为，

享有共同的神经环路基础。

自然界中，动物会在压力环境下减少进食次数、活动量和探索行为，即表现出“进食焦虑”。而在实验研究中，徐华泰研究员通过调控小鼠CRHLHA神经元的活性，不仅实现了人为地操控小鼠的进食行为，还进一步改变了小鼠对安全-危险信号的感知和焦虑水平。

▷进食与安全感知

利用光遗传技术，研究人员可以调高或调低CRHLHA神经元的活性，受调控的小鼠会对应地表现出进食或拒食的行为。实验中，人为降低CRHLHA神经元活性后，空腹小鼠的摄食行为会显著减少，即便是面对诱人的巧克力，它们也会显示出降低的进食欲望；反之，人为激活CRHLHA神经元后，小鼠则会“超越本能”地增加进食行为，并出现“不畏风险”的探索行为。

徐华泰研究员认为，“现有的研究结果，揭示了进食与焦虑行为共享的神经基础。但人类在焦虑状态下的进食行为变化，远比小鼠的行为模式复杂得多。一方面，人们在社会环境中进食时很少需要考虑到人身安全的问题；另一方面，不同的人在处理焦虑情绪时的反应也不同，可能会出现暴食、厌食两个‘极端’。

“失控”的摄食动机

暴食与厌食行为，也是摄食动机“失控”的两种表现形式。浙江大学脑科学与脑医学学院副院长周煜东教授解释说，“进食行为主要受大脑下丘脑奖赏中枢的调控。”

美食作为一种天然奖赏物，与金钱、游戏、毒品以及母爱类似，可通过强化效应，促使人们摄食行为增加。

何为“美食”？询问美食家，可能收获很多诗意的回答；但对于大脑而言，问题的答案或许很朴实——“高能量”食物。事实上，改变食物中脂肪、蛋白质或碳水化合物的成分，我们可以有效地影响食欲。其中，高脂食品比蛋白质和碳水化合物更能促进食欲，即使在高风险的压力环境下，高脂食品也能持续驱动觅食行为，这种现象称为“强迫进食”或“不受控进食”。

▷美食奖赏驱动的不受控进食

强迫进食行为的背后，控制摄食动机的大脑发生了哪些变化？周煜东教授团队发现：

前部丘脑室旁核（aPVT）在强迫进食行为和趋避冲突中扮演着关键角色。

动物实验中，接受高脂条件喂养的小鼠，会表现出一些类似强迫进食的表现，例如克服对空旷环境和电击的恐惧，大胆觅食。而在激活aPVT神经元后，即使是正常食物喂养的小鼠，也会出现类似高脂条件喂养小鼠的强迫进食行为[5]。

▷前部丘脑室旁核（aPVT）：新的食物奖赏中心

营养素过量摄入导致的脑内代谢炎症，

是强迫进食的深层机制。

深入研究还发现，高脂食物摄入后，脂质分子会引发aPVT脑区炎症，从而促进食欲增加，催生强迫进食行为。这一研究结果揭示了神经系统、内分泌系统及免疫系统之间的紧密联系——摄入过多的能量，会导致能量应激，引起中枢和外周代谢炎症，进而影响免疫和代谢功能，增加肥胖、糖尿病等代谢性疾病、神经退行性疾病（如老年痴呆症、帕金森病等）、心血管疾病及肿瘤等疾病的患病风险。

因此，从神经科学角度，周煜东教授提醒大家，“食物选择与疾病之间存在着密切联系，这也提示我们需要注意日常饮食平衡，以维持身体和大脑健康。”

▷高脂食物诱导aPVT脑区炎症促进强迫进食行为

从嗅觉的神奇作用，到进食行为的复杂调控，再到摄食动机的“失控”现象，在“大脑与美食论坛”中，科学家们用生动的实验和严谨的数据，带领线上线下观众领略了美食背后复杂的脑科学奥秘。展望未来，随着脑科学研究的不断深入，我们有望揭示更多美食与大脑相互作用的秘密。我们也将更好地理解人类的饮食行为，并为预防和治疗与饮食相关的疾病提供新的思路和方法。

▷扫描上方二维码，查看论坛完整回放。

支持科普一直是天桥脑科学研究院的重要使命，后续天桥脑科研究院还将延续“大脑与美食论坛”的形式，与中国神经科学学会一起，推出“大脑与体育”、“大脑与视觉艺术”等其他丰富多样的跨界交流，希望能汇集不同领域的智慧和资源，来应对神经科学研究中的复杂问题，增进公众对大脑的深入理解。届时期待你的参与！

[1] Porter, Jess, et al. "Mechanisms of scent-tracking in humans." Nature neuroscience 10.1 (2007): 27-29.

[2] Wu, Yuli, et al. "Humans navigate with stereo olfaction." Proceedings of the National Academy of Sciences 117.27 (2020): 16065-16071.

[3] Zhou, Guangyu, et al. "Human hippocampal connectivity is stronger in olfaction than other sensory systems." Progress in neurobiology 201 (2021): 102027.

[4] Li, Song-Yun, et al. "CRH neurons in the lateral hypothalamic area regulate feeding behavior of mice." Current Biology 33.22 (2023): 4827-4843.

[5] Cheng, Jingjing, et al. "Diet-induced inflammation in the anterior paraventricular thalamus induces compulsive sucrose-seeking." Nature Neuroscience 25.8 (2022): 1009-1013.

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关于天桥脑科学研究院

天桥脑科学研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCl）是由陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建的世界最大私人脑科学研究机构之一，围绕全球化、跨学科和青年科学家三大重点，支持脑科学研究，造福人类。TCCI与华山医院、上海市精神卫生中心设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室；与加州理工学院合作成立了TCCI加州理工神经科学研究院。TCCI建成了支持脑科学和人工智能领域研究的生态系统，项目遍布欧美、亚洲和大洋洲，包括、、、科研型临床医生奖励计划、、中文媒体追问等。