對於特蕾莎來說，第一盤炒雞蛋是一次超凡的體驗。這位 41 歲的斯坦福大學醫療中心護士協調員在手術後的幾天裡完全失去了食慾。她吃了東西，但只吃流質食物，而且僅應外科醫生的要求。然而，當她對食物的興趣恢復時，就好像她與食物的關係發生了根本性的變化。
雞蛋是特蕾莎四周以來的第一頓固體食物，是一種啟示：簡單、柔軟、黃油味十足。令她驚訝的是，它們構成了一頓完全令人滿意的飯菜。對甜食和過鹹的美味佳餚的渴望消失了。她曾經喜愛的炸薯條和濃郁的甜點不再誘惑她。她想吃的慾望又回來了，但這是她一生中第一次“正確”飲食變得如此容易。
特蕾莎接受了袖狀胃切除術，這是一種透過操作胃和腸道來促進體重減輕的多種手術——稱為減肥手術——之一。然而，特蕾莎認為，2012 年的手術最令人驚訝的結果不僅僅是減掉了體重（她確實減掉了），而是對食物的渴望完全改變了。
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她從小就與體重作鬥爭。多年來在試圖懷孕期間接受激素治療並沒有幫助，懷孕本身也沒有幫助。特蕾莎回憶說：“在我意識到之前，我已經 270 磅了。” “儘管嘗試了一切方法：各種飲食、大量運動，但我就是無法減掉多餘的體重。”多餘的體重也使她難以照顧蹣跚學步的孩子。她說：“我跟不上我的兒子。”
袖狀胃切除術可以將胃從足球大小縮小到香蕉大小，大約是原來大小的 15%。一年後——經過幾個月更健康、更少量的飲食——特蕾莎的體重降到了 150 磅。她說：“這實際上對我來說甚至有點低了，但手術確實改變了我的飲食方式。”
自 20 世紀 60 年代引入這些技術以來，醫生們一直認為減肥手術主要是一種機械修復。當時的推理是，較小的胃根本無法容納和處理那麼多食物。患者更快感到飽腹，吃得更少，因此體重減輕。
這種想法部分是正確的。但現在科學家們知道，這遠沒有那麼簡單。特蕾莎的體重減輕很可能是由於她的腸道與大腦對話方式的劇烈變化，反之亦然。該手術間接刺激了新的神經連線，改變了她對食物的思考和渴望方式。
最近的科學研究表明，食慾、新陳代謝和體重是透過腸道和大腦之間複雜的對話來調節的——其中機械影響、激素、膽汁酸，甚至生活在我們腸道中的微生物都與迷宮般的神經迴路相互作用。科學家們正在發現，減肥手術會參與並可能改變所有這些系統。在此過程中，它正在幫助研究人員繪製出這種複雜的相互作用如何操縱我們的飲食行為、渴望以及飢餓期間對卡路里的瘋狂搜索。這項工作還可以揭示新的靶點——包括微生物，甚至可能是大腦本身——從而使有風險的手術程式完全過時。
大腦與腸道相遇
我們都感受過腸-腦交流的生理影響：墜入愛河時胃裡的蝴蝶，演講前胃裡的咕嚕聲。這些表現是由於大腦透過激素和神經元訊號向胃腸道發出訊號而產生的。
相反，腸道也可以向大腦傳送訊號。事實上，遍佈我們腹部的是腸神經系統，俗稱第二大腦。這個神經網路有助於控制食物的消化和透過我們 30 英尺長的胃腸道的推進。它還透過迷走神經與大腦直接溝通，迷走神經將大腦與我們的許多主要器官連線起來。
兩條主要的腸-腦通路調節食慾。這兩個系統都涉及一個稱為下丘腦的小型中央大腦區域，下丘腦是激素產生的溫床，有助於監測許多身體過程。
第一個系統在禁食期間發揮作用。胃分泌飢餓素，刺激下丘腦內一個稱為弓狀核的區域。然後，該結構釋放神經肽 Y，這是一種神經遞質，反過來，它會啟用大腦皮層（大腦的外層褶皺）中的食慾中樞，驅使我們尋找食物。在預期用餐時間時，我們的大腦透過迷走神經向胃傳送訊號，使其為消化做好準備。梅奧診所胃腸病學家和肥胖專家安德烈斯·阿科斯塔·卡德納斯說：“這可能僅僅發生在看到、聞到或想到食物時。” “我們的大腦正在為我們的身體準備一頓飯。”
第二條腸-腦通路抑制我們的食慾。當我們進食時，脂肪組織、胰腺和胃腸道會分泌幾種其他激素，包括瘦素和胰島素。這些激素分別在消化和新陳代謝中發揮著許多作用。它們共同作用，向我們下丘腦的另一個區域發出訊號，表明我們正在吃飽。我們的大腦告訴我們停止進食。
食慾和飽腹感迴圈不斷進行。然而，飢餓通路也與大腦區域相互作用，例如杏仁核（參與情緒）和海馬體（大腦的記憶中心）。因此，我們的“直覺”和“安慰食物”更多地是由情緒而不是用餐時間和對奶奶大黃餡餅的懷舊回憶驅動的。由於更高層次的思維過程，食物現在有了背景。食物是文化。正如劇作家蕭伯納所說：“沒有比對食物的愛更真誠的愛了。”
還有坐下來用餐的享樂刺激。進食也會點亮我們的獎勵迴路，促使我們為了快樂而進食，而與能量需求無關。許多科學家認為，正是腸-腦軸的這一分支導致了肥胖。
神經影像學工作證實，就像性、毒品、賭博和其他惡習一樣，食物會導致大腦獎勵迴路中多巴胺釋放激增。這種神經遞質的活動是一種強大的動力，可以加強為自身目的而用餐，而不是為了生存。研究人員發現，對於大鼠來說，甜味在其吸引力方面甚至超過了可卡因。在人類中，美國國家藥物濫用研究所所長、精神病學家諾拉·沃爾科夫證實了各地巧克力愛好者早已知道的事實：食物對獎勵系統的影響可以凌駕於飽腹感之上，並促使我們繼續進食。這些發現暗示了成癮和暴飲暴食之間存在神經生物學上的重疊，儘管進食是否可能是一種徹底的成癮仍然是一個有爭議的問題。
手術解決方案
由於信使激素和神經遞質的流動，我們的大腦和胃一直在不斷地溝通。破壞這種對話，正如減肥手術必須做的那樣，將因此產生後果。
研究表明，在減肥手術後的幾天和幾周內，含糖、脂肪和鹽的食物變得不那麼美味（正如特蕾莎發現的那樣）。路易斯安那州立大學神經生物學家漢斯-魯道夫·貝特霍德於 2010 年發表的一項研究發現，大鼠在接受胃旁路手術後失去了對高脂肪飲食的偏好。在 20 世紀 90 年代，多個研究小組報告說，在接受此類手術後，患者通常會失去食用甜食和鹹食的慾望。最近，布朗大學的一個研究小組在 2012 年進行的一項研究發現，成年患者在接受減肥手術後，對甜食和快餐的渴望顯著降低。2015 年的一項研究也出現了青少年手術患者的類似發現。
對渴望和味覺的改變可能是由整個腸-腦系統中神經遞質的釋放和接收的變化引起的。2016 年，貝特霍德和他的同事發現，在短期內——手術後約 10 天——與手術前的大腦活動相比，小鼠的減肥手術導致已知與腸道溝通的大腦區域的額外膳食誘導神經活動。具體而言，在從腦幹中胃感應神經元到外側臂旁核（大腦獎勵系統的一部分）以及杏仁核的連線中觀察到活動增強。
該領域的專家是華盛頓大學的生物化學家理查德·帕爾米特。在 2013 年發表在《自然》雜誌上的一項研究中，帕爾米特的研究小組使用了複雜的遺傳和細胞刺激技術——包括光遺傳學，一種使用光控制活組織的手段——來啟用或沉默小鼠腦幹臂旁核通路中的特定神經元。他發現，啟用該回路會大大減少食物攝入量。但使其失活會使大腦對通常表示飽腹感的激素混合物不敏感——因此小鼠會繼續進食。
帕爾米特的研究表明，啟用腦幹臂旁通路有助於我們抑制食慾。由於正是這個通路在手術後變得異常活躍，因此貝特霍德發現的過度啟用很可能是腸-腦努力評估手術後滿意度的一部分。正如他所說，“大腦必須重新學習如何對少量食物感到滿意。”
換句話說，減肥手術當然是一種機械變化：空間變小了，身體需要調整。儘管如此，顯然還有更多故事。手術後，更多未消化的食物可能會到達腸道，貝特霍德推測，然後它會觸發激素反應，提醒大腦減少食物攝入量。在此過程中，它會改變大腦對進食的反應活動。如果他是正確的，那麼手術的成功——至少在短期內——可能與其對腸-腦軸的影響一樣，與其對人的胃大小的影響一樣。
微生物思維
在思想和腸道的複雜交流中，還有另一個參與者可能解釋減肥手術的效果。專家們認為，微生物群——在我們消化系統中熙熙攘攘的數萬億單細胞生物——與無數疾病有關，包括許多影響大腦的疾病。我們的共同居住者及其基因組“微生物組”被認為透過激素和免疫系統間接或透過迷走神經直接與大腦交流，從而導致自閉症、多發性硬化症、抑鬱症和精神分裂症。
馬薩諸塞州總醫院體重中心主任、胃腸病學家李·卡普蘭的研究表明，微生物群可能在肥胖中發揮作用。在 2013 年發表在《科學轉化醫學》雜誌上的一項研究中，卡普蘭和他的同事將接受過胃旁路手術的小鼠的腸道微生物群轉移到未接受手術的小鼠身上。手術組的體重減輕了近 30%，而移植組的小鼠體重也減輕了 5%，仍然非常顯著。（與此同時，未接受手術的對照組體重沒有明顯變化。）齧齒動物無需手術即可減輕體重，僅透過接受手術後同伴的微生物，這一事實表明，這些微生物種群可能至少部分地對減肥手術的有效性負責。
瑞典哥德堡大學生物學家弗雷德里克·貝克赫德於 2015 年發表的一項類似研究發現，兩種減肥手術——Roux-en-Y 胃旁路手術和垂直帶狀胃成形術——導致人類腸道微生物群發生持久變化。這些變化可以用多種因素來解釋，包括手術後飲食模式的改變；胃腸道中的酸度水平；以及旁路手術導致未消化的食物和膽汁（肝臟分泌的沼澤綠消化液）進入腸道更遠端的事實。
作為同一項研究的一部分，貝克赫德和他的同事用來自接受或未接受手術的肥胖人類患者的微生物群樣本餵養小鼠。所有齧齒動物的體脂都有不同程度的增加，但用手術後微生物群樣本定植的小鼠的體脂增加量減少了 43%。
我們腸道菌群的變化如何改變它們與腸-腦軸的相互作用並影響體重？儘管答案仍不清楚，但有一些有希望的線索。
特定的腸道微生物種群可以觸發激素和神經元訊號傳導至大腦，從而影響參與運動控制和焦慮的神經迴路的發育。貝克赫德懷疑減肥手術後的腸道菌群可能對與渴望和食慾相關的大腦區域產生類似的影響。
神經遞質血清素也可能發揮特殊作用。我們體內約 90% 的血清素是在腸道中產生的，加州理工學院的研究人員在 2015 年報告稱，至少部分血清素的產生依賴於微生物。改變微生物；改變血清素的產生。這可能會產生很大的影響，因為正如大量研究證實的那樣，刺激大腦的血清素受體可以顯著減少齧齒動物和人類的體重增加。
治療腸-腦軸
減肥手術正在闡明治療肥胖的新方向，這是一個可喜的命運轉折——肥胖影響著全球超過 6 億人。其中一些途徑可能會使手術過時，或者至少保留給最極端的情況。因此，與體重超標作鬥爭的最前沿可能是劫持腸-腦軸。
例如，2015 年，美國食品和藥物管理局批准了一種刺激迷走神經以抑制食物渴望的裝置。外科醫生將該裝置植入腹部，該裝置由電脈衝發生器和電極組成，以便它可以向迷走神經輸送電流。儘管其工作原理尚不清楚，但導致其獲得批准的研究發現，使用該工具治療一年的患者比未使用該裝置的患者多減掉了 8.5% 的超重體重。
這種方法為一些患者提供了一種侵入性較小的減肥手術替代方案，但目前，迷走神經刺激器不如許多其他肥胖療法有效。與此同時，許多勇敢的神經外科醫生正在研究一種稱為深部腦刺激的技術的使用。該程式已獲准用於帕金森病和強迫症，涉及使用植入電極刺激特定的大腦區域。儘管這項研究仍處於起步階段，但正在探索許多參與食慾控制的大腦區域作為可能的靶點。
梅奧診所的阿科斯塔·卡德納斯認為，未來治療肥胖的最佳方法將是高度個性化的。他說：“肥胖是腸-腦軸的疾病，但我認為我們需要確定每位患者軸的哪個部分異常，以便個性化治療。我正在努力確定哪些患者存在微生物群問題、激素問題或情緒化飲食問題，以便我們可以最大限度地提高對治療的反應。”
2015 年，阿科斯塔·卡德納斯和他的同事研究了 500 多名體重正常、超重和肥胖患者中可能與肥胖相關的許多因素。這些因素包括研究物件感到飽腹的速度、胃排空的速度、進食後激素水平以及心理特徵。阿科斯塔·卡德納斯的發現支援了這樣一種觀點，即肥胖存在明顯的亞類，並且肥胖的原因和理想治療方法很可能對每位患者都是獨一無二的。例如，在他的研究中，14% 的肥胖個體具有行為或情感成分，這將引導他的治療建議遠離手術和藥物治療，而轉向行為療法。他還可以預見到未來，他可能會為微生物群異常的肥胖患者開益生菌或抗生素。
目前，尚無法確定腸-腦軸的哪些擾動導致了特蕾莎的體重增加。但很明顯，她已從手術中受益，迄今為止已保持了四年多的理想體重 160 磅。她的腳不再疼痛。她更有精力了。她可以跟上她的兒子。儘管她承認，多年來某些渴望又悄悄地回來了，但它們不像以前那樣強烈，而且更容易控制。
特蕾莎回憶說：“在手術前，我沒有自制力。我無法剋制自己。” “現在，如果餐桌上出現炸薯條，我可能會吃幾根，但我不需要剝奪自己的權利。我只是不再有那種想要那樣吃的衝動了。我最終會把一半的飯菜帶回家。”