寄生虫捕食你的身体或大脑的想法很可能会让你不寒而栗。也许你会想象昆虫状的生物从胃里爆出，或是一种恶意的力量控制你的行为。这些景象不仅仅是科幻小说作家的噩梦——自然界中充满了这样的例子。
以弓形虫（Toxoplasma gondii）这种单细胞寄生虫为例。当小鼠被其感染时，它们不幸地变得被猫吸引。一旦猫不可避免地吞噬了这只注定倒霉的生物，寄生虫就可以在其新的宿主体内完成生命周期。或者考虑一下冬虫夏草（Cordyceps），这种寄生真菌可以生长到昆虫的大脑中。这种真菌可以迫使蚂蚁爬到植物上，然后完全吞噬其大脑。昆虫死后，蘑菇会从其头部 Sprout，使真菌能够尽可能广泛地传播其孢子。
操控宿主行为的微生物并不局限于自然的阴暗角落，尽管这些例子生动形象。我们的身体寄生着大量的外来微生物，其中一些微生物对我们拥有看不见的力量。这些微生物不是寄生虫——它们生活在我们的身体上和体内，主要是在我们的肠道中，并且经常与我们建立共生关系。
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这种所谓的肠道菌群主要由细菌组成，但也包括病毒和真菌，它会产生复杂的生物活性化合物混合物。其中一些产物与人类激素和神经递质非常相似，神经递质是神经元用来相互交流的化学物质。长期以来，人们都知道肠道（小肠、大肠和胃）中的微生物在人类健康中发挥着作用。例如，肠易激综合征和胃溃疡与微生物种群失衡有关。
在过去的几年里，科学家们一直在发现，我们体内的这些微小居民可能正在微妙地改变我们的情绪、情感，甚至可能改变我们的性格。肠道菌群似乎会改变大脑中的基因活动以及参与记忆和学习的关键区域的发育。这些肠道居民可能有助于解释个体之间精神症状的差异，以及他们对药物的反应。肠道微生物也可能解释个体内部和个体之间在情绪、性格和思维过程方面的一些差异。
早期的临床试验甚至表明，益生菌补充剂可以治疗情绪障碍。最终，我们可能会了解到，我们的细菌汤中含有疾病的标志物，这些标志物可以廉价且快速地检测出来。“对肠道微生物组的研究有可能改变健康和生物技术的许多方面，”科罗拉多大学博尔德分校的分子生物物理学家罗布·奈特说。
你的微生物自我
从你出生的那一刻起，微生物就开始在你身体的每个暴露表面和器官上定植。到三岁时，肠道包含大约 100 万亿个微生物。根据大多数估计，大约有 500 种不同的细菌物种将你的肠道称为家，其中 30 到 40 种物种构成了大部分种群。家庭成员的微生物组成彼此之间比与无关人员更相似，同卵双胞胎最为相似，这表明遗传学有助于决定我们获得的肠道居民。
人们之间的差异可以通过简单地擦拭你的电脑键盘来瞥见。2010 年，奈特和他的同事表明，电脑键盘上的细菌与该电脑用户手指上的细菌群落的相似程度，高于与不同键盘或另一个人的手上的细菌群落。这些微生物的基因组包含的基因数量大约是我们自身 DNA 的 100 倍。“在我们喜欢认为是‘我们’的身体中，百分之九十的细胞实际上包含微生物基因组而不是人类基因组，”他说。
对肠道生态系统的研究还处于起步阶段，但人们对这一领域的兴趣正在迅速增长。DNA 测序成本的大幅降低使研究人员能够同时分析大量微生物，而不必在实验室中一次培养一种微生物。科学家现在可以快速对肠道进行普查，并寻找微生物群与疾病之间的关联。
2007 年，美国国立卫生研究院启动了人类微生物组计划，这是一项为期五年、耗资 1.15 亿美元的计划，旨在对尽可能多的肠道微生物的 DNA 进行测序。第二年，又成立了两个小组：国际人类微生物组联盟，旨在建立一个全面的数据库；以及 MetaHIT，这是一个由来自欧洲八个国家学术界和工业界的 13 个合作伙伴组成的联盟，拥有 4300 万美元的资金。这些项目都旨在了解我们肠道中的物种与我们的健康有何关系。
这些群落的组成在整个生命周期中是高度动态的。饮食、药物和其他环境因素的变化可能会在我们内部的生态系统中引发地震。但它们不是白吃白喝的寄生虫。细菌通过发酵膳食蛋白质和多糖来帮助我们消化食物。它们合成身体需要但自身不产生的氨基酸和矿物质，并通过与免疫系统相互作用来保护我们免受病原体的侵害。微生物组多样性似乎是总体健康状况的良好指标——它随着年龄的增长而降低，微生物组多样性降低的人不仅比其他人更容易增加体重，而且更难减掉几磅体重。因此，这些微小的生物也会干预大脑也就不足为奇了。
肠-脑连接
任何曾经在害怕时失去肠道控制的人都清楚地意识到大脑与身体内部管道之间的密切联系。我们用“直觉”来描述一种直观的情绪反应，我们说做一些大胆的事情“需要胆量”。不太明显的是，这些反应不仅仅来自一块单一的肉块，尽管它可能很复杂。
肠神经系统嵌入在肠道内壁中，拥有数亿个神经元——是你大脑中神经元数量的千分之一。这个俗称“第二大脑”的网络控制着肠道功能。它处理来自肠道及其微生物的信息，而无需大脑一号的输入。肠神经元通过迷走神经与大脑进行交流，迷走神经从大脑底部延伸到胸部和腹部，并向肠道发送一束神经纤维。
肠道细菌与大脑之间最明显的联系可以在我们体验焦虑和压力的方式中看到。例如，在日本九州大学的须藤信行及其同事 2004 年进行的一项有影响力的研究中，他们推测微生物可能参与大脑的压力反应。他们此前曾表明，肠道微生物会影响生命早期免疫系统的发育。反过来，免疫系统在此期间与神经系统广泛互动。为了进行调查，他们在新生的无菌小鼠的特殊条件下饲养，以防止微生物在其肠道中定植。然后将这些啮齿动物置于旨在诱发压力的环境中，在本例中是通过限制它们的活动。
与正常小鼠相比，无菌小鼠血液中的应激激素水平更高，并且海马体（一个对记忆形成和学习很重要的区域）中编码脑源性神经营养因子 (BDNF) 的基因表达减少。当大脑生成新的神经元时，这些年轻细胞会生长轴突和树突，以寻找现有的神经元网络加入。那些在这个过程中遇到 BDNF 蛋白质爆发的细胞更有可能存活下来并与其他神经元连接；那些没有遇到的细胞将会枯萎。须藤的实验表明，肠道微生物可能会影响记忆和学习网络的发育，从而影响啮齿动物应对压力的能力。
为了加强微生物可能导致这些变化的论点，研究人员随后用婴儿双歧杆菌（Bifidobacterium infantis）对无菌小鼠进行了定植，婴儿双歧杆菌是微生物群中最普遍的物种之一，也是最早在人类和啮齿动物新生儿肠道中定植的细菌菌株之一。新感染的啮齿动物的压力反应平静下来，与正常小鼠的压力反应相匹配。
安大略省麦克马斯特大学脑-体研究所的约翰·比恩斯托克和简·福斯特最近在 2011 年发表的一系列研究中重新审视了这一想法。在一项实验中，他们用一种已知会诱发相同效果的寄生虫感染了小鼠——焦虑加剧和大脑中 BDNF 基因的活性降低。当他们随后将长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）——另一种出生后肠道的早期定植者——引入小鼠体内时，寄生虫的影响消失了。不知何故，肠道微生物似乎正在帮助啮齿动物的大脑。
然而，肠道细菌非常难以研究。研究人员不仅主要依赖动物模型，即使创造测试这些动物所需的条件也可能非常棘手。在无菌条件下饲养啮齿动物需要特殊的设施和设备。此外，实验室中居住在正常或对照小鼠体内的细菌可能有所不同。这些难以追踪的微观条件的变化可能会导致看似矛盾的结果。然而，总体信息是，胃肠道微生物可以改变动物的情绪反应，尽管这些结果是积极的还是消极的可能取决于肠道内部和周围的环境。
例如，比恩斯托克、福斯特及其合作者最近比较了无菌小鼠与正常小鼠的行为。这些无菌小鼠比对照啮齿动物更少焦虑。他们还看到了与这些结果相匹配的大脑变化——即，无菌小鼠中编码 BDNF 的基因表达更多，以及海马体中神经递质血清素和杏仁核（大脑中处理情绪的区域）中谷氨酸的受体更少。血清素是情绪的关键参与者。谷氨酸与 BDNF 一样，对学习和记忆至关重要，这表明肠道细菌可能对情绪以外的认知过程产生一定的影响。然而，当研究人员随后尝试将微生物引入成年无菌小鼠体内时，他们没有观察到行为发生变化。这一发现暗示，微生物在有限的发育时间窗口内发挥其作用。他们的第二项类似研究使用了不同的微生物，发现与另一种重要的神经递质 GABA 相关的基因在整个大脑中的表达发生改变。这种化学物质的受体是常用于治疗焦虑症的一类药物（包括安定）的靶点。
为了更细致地了解情况，研究人员解剖了小鼠的肌间神经丛，这是肠道神经网络的主要组成部分。他们将微电极插入单个神经元中，以记录细胞对各种细菌的反应。这些记录显示，一些菌株的双歧杆菌属（Bifidobacterium）和乳杆菌属（Lactobacillus）（人类肠道中最普遍的细菌物种）可以阻止这些神经元产生冲动，并降低啮齿动物对腹痛的可见反应。
比恩斯托克和他的同事推测，这些神经变化可能通过迷走神经到达大脑。事实上，切断啮齿动物的这条神经会消除微生物的影响。去年 12 月在巴黎举行的微生物与健康研讨会上提出的初步结果中也出现了一条可能的第二条交流线路：某些菌株的肠道细菌会产生短链脂肪酸，这些脂肪酸可以增加血脑屏障的通透性。这些分子可能会改变血液中哪些物质可以进入大脑。
尽管这种联系在啮齿动物身上可能看起来很牢固，但在人类身上缺乏类似的实验，这使得人们对这些肠道入侵者可能在更复杂的生物体中做什么存在许多疑问。“这些发现很有趣，但哪些细节可以推广到人类还需要进一步的详细研究，”奈特说。“我们知道微生物会影响许多组织中的基因表达，因此如果大脑是一个例外，那才会令人惊讶。” 加州大学洛杉矶分校大卫格芬医学院的神经胃肠病学教授埃默兰·梅耶尔对此持更加犹豫的态度。研究人员没有机会在无菌环境中抚养婴儿，而且我们的神经系统也没有老鼠那么简单。“鉴于这些影响的稳健性，人们会期望其中一些影响也发生在人类身上，尤其是在生命早期，”他说。“但啮齿动物和人类大脑之间存在重大差异——它们没有我们广泛的前额叶皮层。”
用于大脑的益生菌
现在，越来越多的证据支持肠道生态与人脑之间存在联系。一个例子来自婴儿——患有绞痛的婴儿的肠道菌群多样性低于同龄正常婴儿，并且似乎更容易在日后承受压力。其他数据来自益生菌补充剂的临床试验——富含微生物的片剂和培养物，例如添加到酸奶中的那些，据信有助于消化。
2011 年，法国研究人员发表了一项小型临床试验的结果，该试验检查了益生菌的抗焦虑作用。他们让 66 名患者服用安慰剂或含有瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）和长双歧杆菌（B. longum）（两种常见的肠道居民）的益生菌配方，为期一个月。在实验开始时和结束时，根据广泛接受的清单对参与者的焦虑和抑郁症进行了评估。在一个月结束时，服用益生菌的小组在参与者的自我报告中显示的心理困扰迹象减少最多。
这些发现与其他人的观察结果一致。在目前正在印刷中的一篇论文中，梅耶尔和他的加州大学洛杉矶分校同事克斯汀·蒂利什与 45 名健康的女性志愿者合作，评估服用益生菌配方一个月的效果。他们将参与者分为三组：13 名受试者服用益生菌乳制品，另一组受试者服用以牛奶为基础的非发酵乳制品，其余女性则什么也没服用。当他们扫描每位女性的大脑时，他们发现，与两个对照组相比，服用益生菌的参与者的静息状态活动（大脑在思考无关紧要的事情时的放电模式）显着减少，并且她们的唤醒网络（包括杏仁核）对情绪面孔的反应也减弱。“我们还有其他几项正在进行或正在计划阶段的研究，所有这些研究都旨在调查长期摄入益生菌或通过抗生素减少肠道微生物是否可以改变人脑的结构和功能，”梅耶尔说。
最终，肠-脑连接的概念很可能被证明过于简单化。要更全面地了解微生物对心理景观的影响，就需要考虑到身体中其他器官和系统及其各自微生物群落之间的喋喋不休。例如，痤疮长期以来一直与焦虑和抑郁症有关，1930 年，皮肤科医生约翰·斯托克斯和唐纳德·皮尔斯伯里提出了“肠-脑-皮肤轴”假说来解释这种联系。他们提出，情绪状态可能会改变肠道微生物群，这可能会增加肠道的通透性并导致皮肤炎症。他们还提倡益生菌疗法——一种含有嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）（乳制品中的常见添加剂）的牛奶制剂。比恩斯托克的研究小组最近发现了支持这一观点的证据，表明乳杆菌可以舒缓因压力引起的皮肤炎症，并恢复小鼠的正常毛发生长。
我们可能还会发现，我们皮肤上的微生物可以与我们肠道中的微生物进行交流，从而影响我们的行为。“认为其他地方的微生物也参与其中并非不合理，”比恩斯托克说。“我们能否拥有一些可以改善健康和福祉的微生物软膏？这种可能性令人兴奋。”