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肠子，脑子，厨子：人类与食物的演化关系 脑结构与体脂肪
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神经成像的革命性进步，使我们可以比较不同人群的脑部结构——男性与女性、年老与年轻、音乐家与非音乐家、失聪者与听力正常者，当然还有肥胖者与清瘦者。有时进行这些比较是为了基础科学研究——从基本层面理解人类脑部的变异和演化根源；而另一些比较是为了认识脑部的功能，以及随着学习过程和专业知识的积累，脑部会发生什么样的变化。而研究者比较肥胖者与清瘦者的脑部结构，当然是为了人们的健康。
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肥胖对身体的危害是众所周知的。肥胖引起的病痛中最常见的有心脏病、糖尿病和关节磨损。而不太为人熟知的是，肥胖对脑部也有损害，尤其是衰老的脑部。卒中风险的提高与各种形式的心脏病都有关系，而脑血管疾病本身就可能造成认知损伤和血管性痴呆症（限制了脑部的血液流动）。但是肥胖和2型糖尿病对认知健康的影响更大，这两者会使最常见的痴呆症——阿尔茨海默症加速发展。[31]
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随着我们日渐衰老，脑部也会萎缩。[32]通常这是指大脑的萎缩，尽管脑部的其他部分也会随着年龄增长而缩小。在我们的一生中，脑部灰质（由神经元组成）的体积一直呈现出逐渐缓慢缩小的趋势；而在成人期的大部分时间中，白质的体积并不会缩小，甚至还会变大。但是大约从60岁起，白质的体积开始迅速减小，由于白质和灰质同时萎缩，脑部的整体萎缩开始加速。阿尔茨海默症患者的大脑萎缩速度比正常情况更快，甚至可能是大脑先萎缩，然后再出现可察觉的认知损伤。那些脑部相对较大的患者，阿尔茨海默症对其认知和行为的影响会延迟出现，这可能是因为脑部为萎缩的加速提供了用以缓冲的储备区域。[33]而任何能加速大脑萎缩的情况都会增加患阿尔茨海默症的风险，或者令症状加速出现。
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日益增多的脑结构神经成像研究发现，肥胖，甚至只是超重，都可能对脑部的健康产生负面影响。在中年人群中，体重指数〔1〕，即BMI值的升高与脑部萎缩、神经元及白质异常有关，尤其是在大脑额叶中。[34]对老年人的研究也发现了相似的相关性，例如，一项针对老年瑞典女性的研究发现，BMI和颞叶萎缩存在相关关系。[35]这一发现可能对阿尔茨海默症的研究具有重要意义，因为颞叶中有一些负责记忆的重要区域。值得注意的是，BMI和颞叶萎缩之间的正相关关系，在多数并不肥胖的女性中也有发现。日本有一项研究以大量不同年龄的男女为样本，结果发现，在男性中，若干脑区的变化与BMI值相关，但在女性身上没有看到类似的相关性。[36]
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相关性固然有参考价值，但是直接比较肥胖人群与清瘦人群的脑部结构，我们可以得到更明确的结果。尼古拉·潘纳丘利（Nicola Pannacciulli）及其同事就开展了一项这样的研究，他们发现这两个人群的脑部存在一些差异：与清瘦者相比，肥胖者脑部额叶和顶叶部分区域，以及壳核（大脑半球内部的基底核之一）的灰质体积缩小。[37]研究者指出，这些区域都涉及味觉、奖赏和进食的调节。保罗·汤普森（Paul Thompson）及其同事开展了另一项研究，这次比较的是老年的肥胖者和清瘦者。他们发现，在5年的时间中，肥胖个体脑部下列区域的萎缩程度比清瘦者更严重：额叶、海马、前扣带回以及丘脑。[38]这些研究的目的并不是要确认肥胖是否导致了各种脑部结构的变化。但是随着越来越多研究的展开，主流看法认为，肥胖很可能是其诱因。
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容易发胖的原因之一已经确认，就是拥有一种与脂肪量和肥胖相关的FTO等位基因。[39]这种基因变体与体重和腰围的增加有关，而46％的西欧人都拥有这种等位基因。保罗·汤普森团队以206位健康的老年人为研究对象，发现拥有该等位基因的人额叶萎缩了8％，枕叶萎缩了12％。而BMI值较高的个体，这些脑叶也更小。此外，较高的BMI值还与颞叶、顶叶、脑干、小脑的萎缩有关。即便在控制了其他常见的健康指数（如胆固醇水平和血压值）之后，这种相关性依然存在。汤普森团队的其他研究还发现，在患有阿尔茨海默症和轻度认知损伤的人群中，较高的BMI值与所有主要脑叶的萎缩都有相关关系。[40]因此不管是认知功能良好的老年人还是有认知损伤的老年人，较高的BMI值都与脑部体积萎缩存在很强的相关关系。
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肥胖为什么会加速老年人脑部的萎缩？原因之一是糖尿病和前驱糖尿病会引起脑部血管的损伤。血流量的减少会直接造成脑组织损伤，并且会减慢阿尔茨海默症发展期间释放的神经毒素的清除过程。另外，肥胖者比体重正常者更少进行体育活动。众所周知，体育活动可以促进心脑血管健康，从而降低患阿尔茨海默症的风险。而肥胖的老人既要承受糖尿病相关症状引起的血管损伤，又因缺乏运动而危及脑血管的健康，因此他们患阿尔茨海默症的风险非常高。[41]这听起来很可怕，而更可怕的是，我们无法避免脑部逐渐老化带来的后果。[42]但是至少节食和锻炼可以帮助我们保持身体和脑部的健康，其益处可以持续一生。
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结构神经成像可以很好地展示肥胖对脑部健康的负面影响。而研究与进食和食欲相关的脑部网络时，科学家们会用到功能神经成像。他们可以观察在处理食物、食欲相关信号与刺激时，肥胖者及饮食功能紊乱者的认知活动与常人有何不同。前文已经讨论过，负责食物与进食的神经网络非常复杂，在不同的认知处理层面涉及多个脑部区域。在功能神经成像研究中，研究者需要对不同组别或同一组别内的不同参与者在某任务中的神经活动进行生物学或心理学上的测量。人们自然会想到比较肥胖者与非肥胖者，但是与其比较两个某种程度上定义较宽泛的组别，不如测量某个连续变量（如BMI值）与脑功能的相关性如何，有时后者会给人更多收获。这些研究通常要求参与者观看食物的图片——比较其进食前与进食后的反应，或者是禁食与饱食时的反应。
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由于进食行为涉及多个方面，可能有大量的因素会影响某人对食物的认知处理过程。相对而言，肥胖的后果是普遍相似的，但是造成过度饮食的心理变量可能千变万化，更不用提增重与减重期间的心理因素了。所以，当查看功能神经成像的研究结果时，要谨记我们面对着许许多多的变量，有些是生理因素，有些是认知因素，有些取决于研究者的不同研究方法和任务设计，有些取决于参与者的组成情况。研究者们能熟练地得到大量神经成像数据，但这些数据只有在经过重复实验和统计分析之后才具有科学意义。这是功能神经成像研究的普遍做法，并不仅限于与进食、食欲相关的研究。
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注意事项交代完了，下面来看一些功能神经成像的研究案例，这些研究将脑功能与可能的进食-行为相关变量联系起来。其中一个变量就是性别。尽管超重和肥胖并没有明显的性别差异，但是在发达国家，女性更容易患饮食紊乱症。[43]我会在下面谈到，针对进食紊乱的神经成像研究，确实揭示了患者与常人在脑部的结构与功能上存在差异。但女性为什么更容易发生进食紊乱？在健康人群对食物刺激的处理过程中，存在男女差异吗？
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一项研究指出，面对食物刺激时抑制脑部活动的能力可能存在性别差异。在该研究中，王俊杰（Gene-Jack Wang）及其同事考察了参与者在看、闻、尝各自最喜爱的食物时有什么样的脑部活动。[44]在其中一个实验里，参与者尽量自然地（在PET扫描仪中）享受食物刺激；而在对比实验中，即认知抑制条件下，参与者被要求抑制他们对食物的欲望，克制自己的饥饿感（参与者在实验前都禁食了）。在自愿的认知抑制条件下，男性参与者所有涉及情绪控制、条件作用以及动机的脑部区域——杏仁核、海马、岛叶、眶额叶皮质以及部分基底核的活跃性都减弱了。但同样是在认知抑制的条件下，女性参与者的脑部没有出现活跃度降低的情况。王俊杰及其同事认为，实验结果意味着女性在认知层面抑制进食欲望的能力较差，这可以解释为什么女性节食的成功率不如男性。[45]这种解读是可以成立的，我认为从更宽泛的角度来说，实验结果告诉我们，男性和女性对待食物及进食的动机可能存在差异，这可能导致了节食及饮食紊乱的性别差异。
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另一个可能影响饮食认知的变量是性格类型。卢卡·帕萨蒙蒂（Luca Passamonti）及其同事使用fMRI来研究参与者的外部食物敏感度（external food sensitivity，EFS）与他们对乏味或美味食物图片的认知处理过程是否存在关联。[46]EFS反映的是个体对食物外部线索（如其外观）的敏感程度，以及个体对外表吸引人的食物的食欲如何。
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不出所料，过度饮食与较高的EFS值存在联系：EFS值高的人说他们即便不饿也想吃东西。研究者在参与者饥饿时扫描其大脑，待他们吃饱后，再次进行脑部扫描。与观看乏味食物的图片相比，在观看美味食物的图片时，所有参与者脑部的一个神经网络都被激活了，其中包括了杏仁核、部分基底核以及额叶的部分区域。基于动物的进食模式，这些区域的激活是可以预期的，且不管参与者EFS值的高低如何，这个网络都会被激活。研究者还测量了该网络中不同区域之间的连接强度，并计算了参与者在观看不同食物图片时，该网络连接强度的变化。结果发现，区域间连接强度的变化取决于参与者看到的是乏味食物还是美味食物。但是，在高EFS值参与者脑中，该网络连接强度的变化要小于低EFS值的参与者。这意味着高EFS值的参与者对食物美味程度的敏感性较低，因此他们吃东西时不太挑剔。最关键的是，不管参与者是否处在饥饿状态，上述模式始终成立。不管高EFS值的人是否饥饿，其脑部网络都不能敏感地判断食物的可口程度。帕萨蒙蒂及其同事推测，该网络的工作效率较低，正是高EFS值者容易过度饮食、饮食紊乱的原因。
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关心肥胖问题的国家和政府通常会鼓励其国民节食。进食行为中最有趣的变异性之一就是节食：虽然很多节食者都能减掉体重，但是只有相对一小部分人能保持体重长期不反弹。成功减重保持者（successful weight loss maintainers），我们不妨称之为SWL，指的是减重13千克及以上，并至少保持1年的节食者。SWL是一个非常吸引研究者兴趣的群体，美国甚至有一个国家级的SWL登记系统，可以帮助研究者找到这些人。与体重正常者相比，SWL小心翼翼地监控着自己的饮食、体重和运动量。他们的成功并非偶然，但是仅仅观察他们的行为并不足以了解他们对食物的认知。
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珍妮·麦卡弗里（Jeanne McCaffrey）及其同事进行了一项颇引人注目的研究，他们发现SWL处理食物图片的方式与正常体重者以及肥胖者都不相同。[47]在这项fMRI研究中，研究者向三个组别（SWL、正常体重者、肥胖者）的参与者呈现了中性图片、低热量食物图片（谷物、蔬菜、色拉）以及高热量食物图片（芝士汉堡、炸薯条、蛋糕）。与另外两组相比，SWL观看食物图片时，其额叶和颞叶的部分区域表现出更高的激活程度。研究者注意到，其中被激活的额叶区域是负责有意识地控制行为的区域，也就是执行区域。看到食物时，SWL有意识地抑制其他可能鼓励他们进食的线索——社会、认知以及情绪方面的刺激。这种认知策略表现为观看食物图片时额叶区域的高度激活。
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SWL脑中被激活的颞叶区域则是负责视觉处理的。只有在观看食物图片时，SWL这一区域的激活程度才会与其他组别产生差异，而在观看中性图片时，不同组别参与者的情况没有差异。麦卡弗里等人认为，视觉处理区域活跃度的提高可能反映了SWL为保持体重而对食物进行着额外的监控。他们观察食物的程度越仔细，参与被动进食的可能性就越低。
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该研究还得出了一个重要的结果：与正常体重者以及SWL相比，当肥胖个体观看食物图片时，其额叶的运动皮质活跃程度提高，而非肥胖者的该区域几乎没有被激活。因此这并不是程度的差异，而是完全不同的活动模式。麦卡弗里及其同事提出假设认为，运动区域的激活反映了肥胖者对食物线索的反应——时刻准备着。
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这三项功能神经成像研究预示着这样一个未来：研究者会收集到越来越多的关于进食心理现象的数据，越来越深刻地认识到对食物的不同认知方式与不同的进食行为之间的联系。但是除了能获得认知方面的基础知识外，此类信息对肥胖者的减重大计有何帮助呢？可以肯定的是，功能神经成像研究将会辨别出大量与食物和进食相关的认知方式差异，这些知识难以整齐划一地运用到个体节食者的身上。
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在医学遗传学领域也有类似的情况。遗传学家们在群体层面发现了越来越多的与各种疾病和疾病风险相关的基因，但是此类信息对于个体而言就没那么有用了。尽管如此，仍有人主张在日常临床实践中利用这些数据，他们设想出了所谓的“个体化医疗”（personalized medicine）。[48]这些人预见到标准化的医疗模式会被一种新的模式取代，所有现代化的临床工具都会得到充分的利用，当然也包括遗传风险因素。推广个体化医疗的一大障碍就是，这种医疗模式会涉及一些个人信息，这些信息在传统临床标准看来可能是敏感的、侵犯性的。过去，我们对患上某种特定疾病的概率只有一个非常模糊的认识。但是如今，一些遗传学研究可以就这些概率给出相当精确的信息，例如一些研究就发现了与乳腺癌相关的基因。在某些情况下，对于易患某种疾病的个体有着清晰的临床疗法，但是另一些情况让我们束手无策。其他一些引起争议的课题涉及此类信息的所有权和安全性。此外，这一趋势对于财政和患者心理等各方面会有什么样的影响，现在仍不清楚。
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功能神经成像是另一种非传统的侵犯性技术。没有人会反对用CT扫描来检查自己是否卒中，但是功能神经成像就不同了。假如一项功能神经成像研究发现，你脑部处理食物信息的方式与另一群人相一致，而这些人以暴饮暴食的方式来应对儿时受性侵犯造成的精神创伤，你作何感想？[49]这听起来有些夸张，但是要知道该领域的发展速度远超预期。考虑到类似的个人信息曝光的可能性，假如要利用功能神经成像研究来帮助个体减重，那么必须将其纳入个体化医疗体系的问题中去衡量。改变进食方式意味着改变思维方式。
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乍看之下，这些关于人们脑中如何处理食物信息的成像研究，强化了传统心理测试以及观察得到的结论。维持体重不反弹的节食者，脑部负责高水平控制力和视觉监控的区域十分活跃，这正如人们所料。肥胖者看到食物时更容易采取行动，这也不是什么令人惊讶的新发现。节食意味着变化，身体的变化很容易进行客观的测量，但是心智的变化——态度、情绪、神经处理网络等——就没有这么容易测量了。凭经验就知道，人们可以暂时性地成功改变饮食和运动习惯，但是却会一次又一次地走回老路。或许功能神经成像为我们提供了一种新的方法，可以从一个不同的层面来追踪节食成功之路。
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