[科学松鼠会]肠道:你的第二个大脑

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本文为小红猪抢搞第70期作品

译者:伏维阁主 文章源自原紫番博客-https://www.yuanzifan.com/5529.html

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【图片作者:萨姆·福尔克纳(Sam Falconer)】文章源自原紫番博客-https://www.yuanzifan.com/5529.html

无论是转换心情、做出决策还是采取行动,你头顶的那个大脑,都不是你身上唯一一个进行思考的部件。文章源自原紫番博客-https://www.yuanzifan.com/5529.html

这是一个很不顺心的早晨。你上班迟到了,错过了一个关键的会议,现在你的老板对你十分生气。所以你在午餐时直接走过沙拉区,直奔那些特别油腻的食 物。你控制不住自己——在我们倍感压力时,大脑会鼓励我们寻找“慰藉食物”。这一点已经众所周知。但你可能不知道的是,真正的罪魁祸首或许并不是那个藏在 你颅骨里的大脑,而是你的“另一个大脑”。文章源自原紫番博客-https://www.yuanzifan.com/5529.html

是的,你没看错,你还有“另一个大脑”。你的身体里还有另一套独立的神经系统。其机制实在太过复杂,因此常被人戏称为“第二个大脑”。它拥有大约5 亿个神经元——差不过是大鼠大脑神经元的5倍之多;它大约有9米长,从你的食道一直延伸到你的肛门。或许正是这个大脑,让你在承受压力时更加渴望薯片、巧 克力和饼干。文章源自原紫番博客-https://www.yuanzifan.com/5529.html

肠神经系统(enteric nervous system ENS)嵌在肠道壁上。科学家从很久以前就知道它能控制消化运动。但现在看来,它似乎也在我们的身体和精神健康方面扮演着相当重要的角色。它既可以独立工 作,也可以跟你头顶的那个大脑通力合作。虽然你意识不到自己的肠道正在进行“思考”,但是肠神经系统确实可以帮助你察觉环境中的威胁,进而影响你作何反 应。纽约市哥伦比亚长老会医疗中心(Columbia-Presbyterian Medical Center)的迈克尔·葛森(Michael Gershon)介绍说:“肠道向大脑发送的大量信息,都会影响我们的幸福感——我们甚至都意识不到。”文章源自原紫番博客-https://www.yuanzifan.com/5529.html

如果你“潜入”人体内部,你肯定能找到大脑,还有那些从脊髓发出来的末梢神经细胞。但肠神经系统是一套广泛分布在两层肠道组织里的神经网络,远不如 大脑那样明显(如下图)。因此,直到19世纪中叶,科学家才发现了它的存在。它是自主神经系统的组成部分。自主神经系统属于外周神经系统,专门负责控制内 脏的运作。它也是“原始的神经系统”(original nervous system),早在距今5亿年前的首批脊椎动物身上就已经出现。后来随着脊椎动物不断演化,它也变得越来越复杂——甚至有可能是它促进了大脑的形成。文章源自原紫番博客-https://www.yuanzifan.com/5529.html

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【原文配图,由译者编译制作】文章源自原紫番博客-https://www.yuanzifan.com/5529.html

消化当然是一项复杂的工作。所以有一套专门的神经网络负责调控,确实合情合理。肠神经系统不仅可以控制食物在胃中的机械混合、调节肌肉收缩从而让食物在肠道中移动,而且还能维持肠道不同部位的生化环境,维持消化酶工作所需的正常酸碱度和化学组成。

但是肠神经系统之所以需要那么多神经元,其实还有另外一个原因:吃东西总会带来危险。因此肠道跟皮肤差不多,它们都必须阻止潜在的危险入侵者——比 如细菌和病毒——进入身体内部。如果有病原体穿过肠壁,肠壁上的免疫细胞就会分泌包括组胺在内的发炎物质(inflammatory substances),让肠神经系统中的神经元捕捉到危险信号。然后“肠中大脑”要么会催发腹泻,要么会警告“头顶大脑”。而“头顶大脑”可能会决定催 发呕吐反应,或者让人上吐下泻。

你一定知道这些激烈的肠道反应,或者某些轻微一点的,伴随兴奋、恐惧和压力而来的胃部感觉——你甚至都不需要成为一名肠道病专家。过去数百年来,人 们一直相信肠道会与大脑相互作用,从而影响人类健康,或者给人带来疾病。不过直到上个世纪,科学家才开始仔细研究这二者之间的关联。该领域的先驱人物有 二:一位是美国医生拜伦·罗宾逊(Byron Robinson),他在1907年出版了《腹部和盆骨中的大脑》(The Abdominal and Pelvic Brain);另一位是跟他同时代的英国生理学家约翰内斯·兰利(Johannis Langley),他发明了“肠神经系统”这个词。大约就在那个时候,科学家才清楚了解到肠神经系统可以自主运作;就算把它和大脑的主要连接——迷走神经 ——切断,肠神经系统依然能调控消化运动。虽然科学家做出了这些重大发现,但是学界对“肠中大脑”的兴趣曾经一度衰落。直到20世纪90年代,一个名为 “神经胃肠病学”(neurogastroenterology)的新领域才横空出世。

我们现在知道,肠神经系统不仅可以自主运作,而且还能影响大脑。事实上,在迷走神经传递的信号中,大约90%都并非来自“头顶大脑”,而是来自肠神 经系统(American Journal of Physiology - Gastrointestinal and Liver Physiology, vol 283, p G1217)。

是什么让你感觉良好?

我们的“第二个大脑”跟“第一个大脑”有许多共同特性。比如它也是由多种不同类型的神经元组成的,而且也拥有胶质支持细胞。它也有自己的血-脑屏 障,可以让自己的生理环境维持稳定。它也能产生种类纷繁的激素和大约40种神经递质,与大脑中发现的神经递质属于同一类型。事实上,科学家认为肠道神经元 产生的多巴胺,就跟“头顶大脑”产生的一样多。最有意思的是,无论你何时进行测量,人体内大约95%的血清素都存在于肠神经系统之中。

那么这些神经递质到底在肠道中做了什么呢?大脑中的多巴胺,是一种与愉悦和奖励系统有关的信号传导分子。肠道中的多巴胺也同样是一种信号传导分子。 比如它可以在神经元之间传送消息,协调结肠肌肉收缩。肠神经系统里的另外一种信号传导分子是血清素——它还有个更广为人知的名字:“感觉良好分子”,因为 它可以.防止抑郁,还能调节睡眠、食欲和体温。但是它的影响远不止如此而已。肠道产生的血清素可以进入血液之中,参与修复肝脏和肺部的受损细胞。它对于心 脏的正常发育也十分重要,还能通过抑制骨骼形成来调节骨骼密度(Cell, vol 135, p 825)。

但这又会对我们的心情产生怎样的影响?我们的“肠中大脑”本身显然没有情感,但它是否会影响“头顶大脑”产生的情感?科学家一般认为,在肠道中产生 的神经递质不能进入大脑——虽然从理论上说,它们可以进入缺乏血-脑屏障的小型大脑区域,比如下丘脑。但不管怎么说,肠道向大脑传送的神经信号,似乎确实 可以影响心情。比如一项发表于2006年的研究指出,在其他治疗手段都失败的情况下,刺激迷走神经也可以成为一种治疗慢性抑郁症的有效办法(The British Journal of Psychiatry, vol 189, p 282)。

我们似乎也能通过这些由肠道传递给大脑的信号,来解释为什么油腻的食物会让我们感到快乐。当我们摄取食物的时候,肠道内壁的细胞受体可以感觉到脂肪 酸的存在,然后向大脑发送神经信号。不过它的作用似乎不仅仅是让大脑知道你都吃了什么。研究者往一群志愿者的肠道里直接注射脂肪酸,给另一群志愿者注入生 理盐水。大脑扫描结果显示,注射脂肪酸的被试对悲伤图画和音乐产生的反应,不如对照组那般强烈。他们向研究者报告的伤感程度,大约也只有对照组的一半 (The Journal of Clinical Investigation, vol 121, p 3094)。

另外还有证据显示,当我们对压力做出反应时,我们的两个大脑之间也有联系。有句英语俗谚说得好,“胃里仿佛有群挣扎不安的蝴蝶”。这其实说的正是大 脑触发“战斗或逃跑”的反应之后,血液离开胃部、进入肌肉给你带来的感觉。压力也会刺激肠道产生更多的生长素——这种激素不单会让你感到更加饥饿,还会让 你感到不那么焦虑和抑郁。生长素也会刺激大脑释放多巴胺——它既可以触发快感和奖励系统中的神经元,进行直接刺激;也可以通过迷走神经传递的信号,进行间 接刺激。

德克萨斯州达拉斯市德州大学西南医学中心(UT Southwestern Medical Center)的杰弗里·齐格曼(Jeffrey Zigman)介绍说,在我们的演化历程中,生长素在缓解压力方面可能起到了十分重要的作用,因为我们在野外冒险搜寻食物时需要保持冷静。他的研究小组在 2011年报告说,受到慢性应激刺激的小鼠会寻找脂肪含量高的食物,而因为基因改造无法在刺激下合成生长素的小鼠则不会受到影响(The Journal of Clinical Investigation, vol 121, p 2684)。齐格曼指出,我们现代人可以轻易获取高脂肪含量的食物;因此慢性应激刺激或抑郁给我们带来的影响,不仅仅是长期提升我们的生长素水平,而且还 能造成肥胖。

我们的肠道和精神状态之间,为什么会演化出如此强烈的关联性?葛森认为,原因在于我们可以通过肠道获得大量的环境信息。他说:“请记住:我们肠道内 的世界,其实就是我们身体外的世界。”所以我们不单可以通过眼睛看到危险、通过耳朵听到危险,还能通过肠道侦测危险。美国马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯 中心(Johns Hopkins Center for Neurogastroenterology)的神经胃肠病学主任潘卡·帕斯理查(Pankaj Pasricha)指出,如果没有肠道,就没有维持生命的能量。他说:“肠道的活力和健康运作特别重要,所以大脑需要跟肠道建立起直接而密切的联系。”

但是这两个大脑的本质区别又在哪里呢?大多数研究者都认为,区别在于“记忆”——但是葛森不这么看。他会告诉你这样一个故事:曾有一名美国军医院的 护士,在每天早上10点钟准时给病房里的瘫痪病人灌肠。在他离开医院之后,他的继任者取消了这套流程。但在第二天早上10点钟,病房里的所有患者都自动开 始进行排便运动。虽然葛森承认,除这则来自于20世纪60年代的轶事之外,目前还没有任何关于“肠道记忆”的报告,但是他愿意对此观点抱持开放的态度。

肠道与“直觉”

下一个要讨论的问题就是如何做决策了。“直觉”或“直觉反应”两个词的英文一个是“gut instinct”,一个是“gut reaction”,都包含了“gut”——也就是“肠道”。但其实“胃中有蝴蝶”之类的反应,根源仍然在于大脑传来的“战斗或逃跑”信号。这类信号会让 我们产生焦虑或兴奋之感,进而影响我们的决策,让我们决定该不该玩蹦极,或者该不该安排第二次约会。但是这些决策是否有可能来自于你的“第二个大脑”?这 一说法并没有得到确切的证明。潜意识中的“直觉”,确实需要肠神经系统参与;但真正感觉到威胁的,其实还是我们头顶上的大脑。就连葛森都认为,我们的“第 二大脑”无法进行有意识、有逻辑的理性判断。用他的话说:“宗教、诗歌、哲学、政治——这些玩意全都属于‘头顶大脑’。”

不过我们也逐渐了解到,如果没有一个健康、发育成熟的肠神经系统,那么我们面临的问题远不止消化不良这么简单。帕斯理查发现,如果对新生大鼠的胃部 施加较为温和的化学刺激,会让它们比其他大鼠更加郁闷和焦虑;即使在生理损伤痊愈之后,心理症状也仍然会持续很长时间。他说,包括刺激皮肤在内的其他伤 害,就不会产生这样的影响。

另外,研究者也发现,母乳中包含催产素在内的多种成分,都有助于肠道内神经元的发展(Molecular Nutrition and Food Research, vol 55, p 1592)。这或许可以解释,为什么那些未经过母乳哺育的早产儿,更容易罹患下痢和坏死性小肠结肠炎——部分肠道发炎坏死。

血清素对于肠神经系统的正常发育来说也至关重要。身兼数职的血清素,在此扮演的是“生长因子”的角色。肠神经系统中负责生产血清素的细胞,很早就已 经开始发育。葛森在突变的小鼠身上发现,如果该细胞的发育受到干扰,“第二个大脑”就无法正常发育。葛森认为,儿童早年经历的肠道感染或极度压力,可能也 会带来同样的影响,甚至可能会导致他们以后患上肠易激综合征(irritable bowel syndrome)——其主要症状是慢性腹痛和频繁腹泻或便秘,而且常常伴有抑郁。因此,肠易激综合征的产生原因,有可能是肠神经系统的神经元变性。这一 观点已经得到了最新研究的支持。研究显示,在100个患有肠易激综合征的病人中,有87人体内带有可以攻击和杀死肠道神经元的抗体(Journal of Neurogastroenterology and Motility, vol 18, p 78)。

综上所述,肠神经系统一旦出现问题,可能会给我们带来各种各样的健康问题。这也意味着我们以前对“第二个大脑”的重视还远远不够。帕斯理查说:“它 如果发生畸变,会给我们带来不少苦头,”他认为,如果我们能更深入地了解“第二个大脑”,必将有助于我们控制各种病症,无论是肥胖、糖尿病,还是阿茲海默 氏症和帕金森氏症这类通常被认为与大脑有关的疾病(请见本文最后一部分“肠道与神经系统疾病”)。然而到目前为止,意图探究“第二个大脑”的研究者仍然太 少。帕斯理查说:“这是一个很有潜力的领域。但是它目前受到的关注实在太少。”

肠道与神经系统疾病

现在已经有越来越多人认识到,我们肠道里的神经系统绝不仅仅负责消化(请见上文)。部分原因在于,科学家发现“第二个大脑”与多种大脑疾病有关。以 帕金森氏症为例:这是一种与运动和肌肉控制有关的疾病,其病因是大脑中负责生产多巴胺的细胞损失。但是德国法兰克福大学的海科·布拉克(Heiko Braak)发现,造成细胞损失的蛋白质团块“莱维小体”(Lewy bodies),同样也出现在肠道内负责生产多巴胺的神经元中。布拉克检查了死于帕金森氏症的患者体内莱维小体的分布状况,认为莱维小体其实最早出现于肠 道(可能是病毒等环境因素造成的),继而经由迷走神经扩散至大脑。

与之类似,在阿兹海默氏症患者大脑里找到的特征斑块或缠结,也同样存在于他们的肠道神经元里。我们知道,自闭症患者也容易患上肠胃病——科学家认为,引起这类肠胃病的,正是那些影响大脑神经元的基因突变。

潘卡·帕斯理查介绍说,虽然我们才刚刚开始了解两个大脑之间的相互作用,但肠道已经为我们开启了一扇研究大脑病理学的窗口。“从理论上说,我们可以通过肠道活检进行早期诊断,也能以此来监测患者对治疗的反应。”

“第二个大脑”里的细胞甚至还能“还诸彼身”,用于治疗。在治疗神经退行性疾病方面,有一种实验性的干预方法,需要把神经干细胞移植到大脑里,以补 充损失的神经元。但从大脑或脊髓中提取神经干细胞并不容易。不过科学家现在已经在成年人的肠道中找到了神经干细胞(Cell Tissue Research, vol 344, p 217)。从理论上说,这些神经干细胞可以通过简单的内窥镜肠活检手术提取出来。这就给我们提供了一个完美的神经干细胞来源。事实上,帕斯理查的研究小组 目前正计划用这种方法来治疗包括帕金森氏症在内的疾病。

本文作者艾玛·扬是一名生活在英国谢菲尔德的作家。

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