在15和16世紀漫長的航海旅行中，即所謂的 “地理大發現”，水手們經歷了對美味的食物和青翠的田野的幻想。在海上航行數月後，他們發現這些只不過是幻覺，這讓人非常痛苦。一些水手因渴望而哭泣，另一些則投海自盡。人們懷疑治療這些令人痛苦的“海市蜃樓”的方法將是一種複雜的化學物質的混合物。然而，事實證明，解藥非常簡單：檸檬汁。這些水手患有壞血病，這是一種由維生素C缺乏引起的疾病，維生素C是一種重要的微量營養素，人們通過吃水果和蔬菜獲得。
維生素C對神經遞質的產生和釋放非常重要，神經遞質是大腦使用的化學信使。沒有它，腦細胞就不能有效地相互“溝通”，這可能導致幻覺。
正如這個早期探險家的著名例子所說明的那樣，食物和大腦之間存在着密切的聯繫，像密歇根大學分子、細胞和發育生物學副教授 Monica Dus 這樣的科學家正在努力解開這個問題。作為一名在密歇根大學研究營養神經科學的科學家， Monica主要對食物的成分及其分解產物如何能改變控制人們生理的遺傳指令感興趣。
除此之外，Monica研究的另一個目標是了解食物如何影響人們的思想、情緒和行為。雖然我們還不能用飲食來預防或治療大腦疾病，但像Monica這樣的科學家正在學習大量關於營養在日常大腦過程中發揮的作用，這些過程使我們成為我們自己。
也許並不令人驚訝的是，營養物質的微妙平衡是大腦健康的關鍵。維生素、糖類、脂肪和氨基酸的缺乏或過剩都會以有益或有害的方式影響大腦和行為。
維生素和礦物質的缺乏
與維生素C一樣，其他維生素和礦物質的缺乏也會導致對人類大腦產生不利影響的營養性疾病。例如，飲食中維生素B3/煙酸水平低–通常存在於肉類和魚類中–會導致糙皮病，這是一種人們會出現痴呆症的疾病。
煙酸對於身體將食物轉化為能量和建築材料、保護遺傳藍圖不受環境破壞以及控制某些基因產品的製造量是必不可少的。在缺乏這些關鍵過程的情況下，腦細胞（也稱為神經元）會出現故障並過早死亡。這可能導致痴呆症。
在動物模型中，減少或阻止大腦中煙酸的產生會促進神經元損傷和細胞死亡。另一方面，提高煙酸水平已被證明可以減輕神經退行性疾病的影響，如阿爾茨海默病、亨廷頓病和帕金森病。儘管結果仍不確定，但對人類的觀察性研究表明，足夠水平的煙酸可能會保護人們免受這些疾病的影響。
有趣的是，由過度飲酒引起的煙酸缺乏可以導致與糙皮病類似的影響。
營養素缺乏如何影響大腦功能的另一個例子可以在碘元素中找到，它和煙酸一樣，必須從人的飲食中獲得。它自然存在於海產品和海藻中，也可以通過加碘鹽獲得。碘是甲狀腺激素的重要組成部分–信號分子對人類生物學的許多方面都很重要，包括發育、代謝、食慾和睡眠。低碘水平阻礙了足夠數量的甲狀腺激素的產生，損害了這些基本的生理過程。
碘對發育中的人類大腦特別重要。事實上，在20世紀20年代食鹽補充這種礦物質之前，碘缺乏是全世界認知障礙的一個主要原因。碘鹽的引入被認為是上個世紀智商分數逐漸上升的原因。
生酮飲食可治療癲癇症
並非所有的飲食缺乏都對大腦有害。事實上，研究表明，耐藥性癲癇患者可以通過採用超低碳水化合物的方案，即所謂的生酮飲食，減少癲癇發作的次數，其中80%至90%的熱量來自脂肪。
碳水化合物是身體的首選能量來源。當它們不可用時——無論是因為禁食還是因為生酮飲食——細胞通過將脂肪分解成稱為酮的化合物來獲取能量。使用酮作為能量會導致新陳代謝和生理髮生深刻變化，包括體內循環的激素水平、大腦產生的神經遞質數量以及生活在腸道中的細菌類型。
研究人員認為，這些依賴於飲食的變化，特別是能夠使神經元安靜下來並降低炎症分子水平的大腦化學物質的更高產量，可能在生酮飲食降低癲癇發作次數的能力中發揮了作用。這些變化也可以解釋生酮狀態–無論是通過飲食還是禁食–對認知功能和情緒的好處。
糖、飽和脂肪和超加工食品
某些營養物質的水平過高也會對大腦產生不利影響。在人類和動物模型中，精製糖和飽和脂肪的高消費–這種組合通常在超加工食品中發現–通過使大腦對已知的調節飽腹感和滿足感的荷爾蒙信號不敏感來促進飲食。
有趣的是，富含這些食物的飲食也使味覺系統脫敏，使動物和人類認為食物不那麼甜。這些感覺上的改變可能會影響食物的選擇以及我們從食物中獲得的回報。例如，研究表明，當人們連續兩周每天吃冰淇淋時，大腦中對味覺和獎勵有重要作用的區域對冰淇淋的反應會變得遲鈍。一些科學家認為，食物獎勵信號的減少可能會增強對更多脂肪和糖類食物的渴望，類似於吸煙者對香煙的渴望。
高脂肪和加工食品的飲食也與人類和動物模型中較低的認知功能和記憶力以及較高的神經退行性疾病發病率有關。然而，科學家們仍然不知道這些影響是由於這些食物還是由於長期食用這些飲食而產生的體重增加和胰島素抵抗。
時間尺度
這把我們帶到了飲食對大腦影響的一個關鍵方面：時間。有些食物可以急性影響大腦功能和行為–如在幾小時或幾天內–而其他食物則需要幾周、幾個月甚至幾年才能產生影響。
例如，吃一片蛋糕會迅速地將一個患有耐藥性癲癇的人的燃燒脂肪的生酮代謝轉變為燃燒碳水化合物的代謝，增加癲癇發作的風險。另一方面，吃糖需要幾周的時間來改變口味和大腦的獎勵途徑，而缺乏維生素C需要幾個月的時間來發展壞血病。最後，當涉及到像阿爾茨海默病和帕金森病這樣的疾病時，風險受到多年的飲食接觸與其他遺傳或生活方式因素（如吸煙）的影響。