科学家长期以来注意到，与其他灵长类动物相比，人类的大脑相对于体型异常大，这也带来了更高的葡萄糖需求。最新研究表明，这种高能量需求可能与肠道微生物群的变化有关，这些微生物群能够影响宿主的代谢功能。在这项研究中，研究人员将来自三种不同脑容量灵长类动物的肠道微生物接种到无菌小鼠体内，以探索微生物对大脑功能的潜在影响。结果显示，接受人类和松鼠猴肠道微生物的小鼠，其大脑基因表达模式与相应灵长类动物的模式相似，人类微生物显著促进了小鼠大脑中的葡萄糖生成与利用。这一发现表明，肠道微生物群的种类差异可以影响大脑代谢，可能支持灵长类动物在大脑相对较大时所需的能量。
西北大学研究员、该研究的高级作者凯蒂·阿马托表示：“我们的研究显示，微生物对与人类大脑进化相关的性状产生了作用。”此前的研究已发现，大脑体积较大时，微生物能够在宿主内增加代谢能量的产生，而这次研究进一步观察了大脑本身的变化。
在实验中，研究团队将来自大脑较大的灵长类动物（人类和松鼠猴）以及大脑较小的猕猴的肠道微生物植入无菌小鼠体内。八周后，他们发现携带大脑较大灵长类微生物的小鼠大脑中，参与能量代谢和突触可塑性（即大脑学习能力的物理基础）的基因表达显著增加，而携带小脑灵长类微生物的小鼠中这些基因表达较低。
令人惊讶的是，科学家们能够将小鼠大脑的基因表达模式与真实的人类和猕猴大脑进行对比，发现许多表达模式高度一致。阿马托博士指出：“换句话说，我们成功地让小鼠的大脑在基因表达层面上反映了微生物来源灵长类动物的大脑。”
研究还发现，携带小脑灵长类微生物的小鼠，其大脑基因中与多动症、精神分裂症、双相情感障碍及自闭症相关的表达模式出现变化。虽然此前已有研究提示肠道微生物群与自闭症等疾病存在相关性，但缺乏显示微生物对疾病产生因果影响的数据。这项研究提供了实证支持，表明微生物在发育过程中可能塑造大脑功能，并在某些疾病中起到关键作用。阿马托博士补充道：“这意味着，如果人类在早期未接触适宜的微生物，其大脑发育可能会不同，从而可能增加某些神经精神疾病的风险。”