在所有靈長類動物中，人類的相對腦容量最大。不過，大腦袋的哺乳動物如何進化以滿足大腦生長和維持所需的高能量需求，目前仍知之甚少。

美國西北大學等機構的研究人員近日首次通過實驗證實，腸道微生物群有助于塑造靈長類動物之間的大腦功能差異。

這項成果于1月5日發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。西北大學人類學系副教授Katherine Amato領導了這項研究。

Amato實驗室早期的研究表明，將腦部較大的靈長類動物的腸道微生物移植到小鼠體內時，這些微生物會產生更多的代謝能量。這種額外能量至關重要，因為大腦在發育和運轉過程中需要大量的燃料。

本次研究更進一步，研究人員直接對大腦進行檢測。他們想知道，相對腦容量不同的靈長類動物的腸道微生物是否真的能改變宿主小鼠的大腦功能。

為了驗證這一點，研究小組開展了一項嚴格控制的實驗。他們將兩種腦部較大的靈長類動物（人類和松鼠猴）和一種腦部較小的靈長類動物（獼猴）的腸道微生物分別移植到無自身微生物的小鼠體內。

八周后，研究人員觀察到大腦活動的明顯差異。接受不同微生物移植的小鼠表現出不同的腦功能模式。

具體來說，在接受大腦袋靈長類動物的微生物后，小鼠體內與能量產生和突觸可塑性相關的基因活性顯著增強，突觸可塑性正是大腦學習和適應的基礎。而在接受小腦袋靈長類動物微生物移植的小鼠中，這些通路的活性要低得多。

“令我們驚訝的是，小鼠大腦中的基因表達模式竟與靈長類動物高度吻合，”Amato談道。“換句話說，我們能夠使小鼠大腦看起來更像真正的靈長類動物的大腦。”

研究人員還發現了另一個意想不到的結果。接受小腦袋靈長類動物微生物移植的小鼠，其基因表達模式與多動癥、精神分裂癥、雙相情感障礙和自閉癥相關。

之前的研究已發現自閉癥等疾病與腸道微生物組成差異存在關聯。然而，腸道微生物誘發這些疾病的直接證據尚不充分。

“這項研究提供了更多的證據，證明微生物可能導致這些疾病。具體來說，腸道微生物群在發育過程中塑造了大腦功能，”Amato解釋說。

“根據這些結果，我們可以推測，如果人類大腦接觸到‘錯誤的’微生物，其發育過程就會改變，我們將會看到這些疾病的癥狀。”

Amato認為，這些發現可能具有重要的臨床意義，尤其有助于了解某些心理疾病的起源，并從進化角度看待大腦發育。

“盡管這些結果僅基于少量靈長類動物樣本，但它們表明腸道微生物群組成的物種差異可能影響大腦代謝，并暗示腸道微生物群在人類大腦形成過程中發揮了輔助作用，”研究人員寫道。