《自然》子刊：打工人必看——常喝咖啡可改变大脑功能连接，且改变程度与咖啡摄入频率密切相关！| 临床大...

奇点糕最近get了一个新词汇——续命式调休，说的是五一结束后面临调休的打工人只能靠一杯又一杯的咖啡续命，来扛过难捱的周六。

不得不说，咖啡才是打工人永远的神啊~~~

不过，喝了这么多年咖啡，您想过为啥咖啡有助于提神醒脑嘛？想过长期饮用咖啡对脑网络会有啥影响嘛？害，反正奇点糕是没想过…

但是！还真的有大神去研究了！！！

来自葡萄牙米尼奥大学的Nuno Sousa团队在Molecular Psychiatry期刊上发表重要研究成果[1]，他们发现，常喝咖啡可改变大脑功能连接，且改变程度与咖啡摄入频率密切相关；但同时也会提高压力水平，还与男性焦虑有关。

这项研究区分了常喝咖啡人群和不常喝咖啡人群的大脑差异，并一定程度上，为咖啡改善运动控制、提高警觉性、帮助学习和记忆等方面提供了机制层面的解答。（简直是打开了新世界的大门啊啊啊）

别看咖啡风靡全球&历史悠久，真要找找它对人类大脑长期影响的全面表征，还真是不容易。

临床上有一种无创手段——功能性核磁共振成像（fMRI），可以研究人类大脑执行不同任务/休息时的功能状态。但很多既往研究都是通过fMRI去检测咖啡因摄入对大脑的急性影响。

比如说，在视觉运动任务期间，发现咖啡因引起不同皮层和皮层下区域的血氧依赖水平(BOLD)信号升高[2]; 在言语工作记忆任务中，发现咖啡因相关的前额叶和扣带回BOLD激活增加[3-4]；而咖啡因导致的大脑熵增，可能意味着大脑处理能力的提高[5]。

知识点：BOLD信号反映的是血液含氧量和活动区域血流量的变化。区域内神经元的激活降低区域内的血管含氧量，而脑血流后续补入新鲜的含氧血流，最终新鲜含氧血液的供应过剩造成BOLD信号的增加。

仅有少数几项研究探究了咖啡因对静态功能连接（FC）的急性影响，并揭示了咖啡因诱导FC减少的总体趋势[6-7]。

但长期咖啡摄入对大脑结构功能的慢性影响就非常匮乏了，毕竟想要探索咖啡的长期效果就不是简单地找人喝咖啡了，而是要把经常喝咖啡和不常喝咖啡的人聚到一块开展研究了。

Nuno Sousa团队发现，只有2002年发表在《NeuroImage》的一篇文献做过相关报道[8]。研究者揭秘了不同咖啡饮用习惯与视觉皮层中BOLD信号之间的联系；但可惜没能进一步探索咖啡对大脑功能连接和静息态网络的影响。

于是乎，Nuno Sousa团队决定还是亲自上手开展研究。他们招募了2组志愿者，分别是习惯性饮用咖啡组（CD，N=31，每天至少一杯咖啡）和非习惯性饮用咖啡组（NCD，N=24，每周少于1杯咖啡）。

因为要探究咖啡的长期影响，所以志愿者们在评估前3h禁服咖啡，以避免咖啡的急性影响。

接下来，由认证的心理学家对志愿者们进行访谈，收集基线数据、咖啡饮用习惯等，并通过DASS-21量表评估他们心理状态。随后，志愿者们接受MRI检查，其中NCD组在第一轮检查后，饮用一杯50mL咖啡，30min后再进行一轮检查。

那么获取的海量MRI数据又该如何处理和分析呢？

Nuno Sousa团队采用了3种分析方法：1）独立分量分析（Independent Component Analysis，ICA），2）基于网络的统计分析（Network-based Statistics，NBS），3）主导特征向量动力学分析（Leading Eigenvector Dynamics Analysis，LEiDA）。

从ICA分析中发现，CD组在静息状态下的躯体感觉网络，边缘网络的功能连接（FC）显著低于NCD组，意味着CD人群具有更佳的运动控制和警觉性。

咖啡喝的越多，FC下降得越厉害，妥妥的负相关~

NBS分析揭示了受习惯性咖啡摄入影响的大脑网络，这种广泛存在的FC减退网络，包括小脑、皮层下（纹状体和丘脑）以及运动皮层区域，与此前报道的急性摄入咖啡因效应部分相符。

丘脑(节点#262和#126)、小脑(左前小脑#245和双侧扁桃体#238和#119)、右中央后回(#33)、左颞中回(#197)、左中央前回(#160)、双侧尾状核(#260和#122)和壳核(#124和#261)受咖啡影响最大

而LEiDA分析表明，CD组中某一特定状态（PL state 4）占据时间较长，包括小脑中的大量节点、视觉网络以及几个皮层下节点，例如双侧丘脑和海马旁回。

研究还发现，在CD人群中观察到多个区域的动态活动增加，这有助于减少“神游“，提高专注力、学习和记忆能力。

通过动态FC分析，发现一个功能子系统(图3A，PL状态4)在CD中的持续时间(图3B，17.95±18.32秒)比饮用咖啡前的NCD (8.95±6.13秒)长得多

神奇的是，以上种种改变都与咖啡摄入频率紧密相关，而且NCD人群在饮用咖啡后也会出现类似的改变，这说明咖啡具有短时间内引起大脑变化的能力。

当Nuno Sousa团队把目光投放到咖啡摄入与志愿者心理（压力、焦虑、抑郁）之间的关系时，他们发现，CD组的压力水平更高，同时压力水平与咖啡摄入频率呈正相关。有趣的是，研究还显示男性焦虑水平与咖啡摄入频率具有相关性。

想不到吧，原来男性焦虑水平和咖啡摄入频次还有不解之缘~

尽管如此，咖啡与压力的因果关系仍难以推断。可能是更多的咖啡摄入提高了压力和焦虑水平，也可能是高度压力和焦虑导致了咖啡摄入的增加。

来自丹麦哥本哈根大学的J. W. Langer评述道[9]，习惯性咖啡摄入或许与更高水平的压力和焦虑相关。尽管这只是一种联系而非因果关系，但它提醒我们咖啡是一把双刃剑。

参考文献：

[1] Magalhães R, Picó-Pérez M, Esteves M, et al. Habitual coffee drinkers display a distinct pattern of brain functional connectivity [published online ahead of print, 2021 Apr 20]. Mol Psychiatry. 2021;10.1038/s41380-021-01075-4. doi:10.1038/s41380-021-01075-4.

[2] Park CA, Kang CK, Son YD, et al. The effects of caffeine ingestion on cortical areas: functional imaging study. Magn Reson Imaging. 2014;32(4):366-371. doi:10.1016/j.mri.2013.12.018.

[3] Haller S, Montandon ML, Rodriguez C, et al. Caffeine impact on working memory-related network activation patterns in early stages of cognitive decline. Neuroradiology. 2017;59(4):387-395. doi:10.1007/s00234-017-1803-5.

[4] Koppelstaetter F, Poeppel TD, Siedentopf CM, et al. Does caffeine modulate verbal working memory processes? An fMRI study. Neuroimage. 2008;39(1):492-499. doi:10.1016/j.neuroimage.2007.08.037.

[5] Chang D, Song D, Zhang J, Shang Y, Ge Q, Wang Z. Caffeine Caused a Widespread Increase of Resting Brain Entropy. Sci Rep. 2018;8(1):2700. Published 2018 Feb 9. doi:10.1038/s41598-018-21008-6.

[6] Tal O, Diwakar M, Wong CW, et al. Caffeine-Induced Global Reductions in Resting-State BOLD Connectivity Reflect Widespread Decreases in MEG Connectivity. Front Hum Neurosci. 2013;7:63. Published 2013 Mar 4. doi:10.3389/fnhum.2013.00063.

[7] Wong CW, Olafsson V, Tal O, Liu TT. Anti-correlated networks, global signal regression, and the effects of caffeine in resting-state functional MRI. Neuroimage. 2012;63(1):356-364. doi:10.1016/j.neuroimage.2012.06.035.

[8] Laurienti PJ, Field AS, Burdette JH, Maldjian JA, Yen YF, Moody DM. Dietary caffeine consumption modulates fMRI measures. Neuroimage. 2002;17(2):751-757.

[9]https://www.webmd.com/brain/news/20210427/coffee-drinking-tied-to-beneficial-brain-changes.

本文作者 | Davina

责任编辑 | 代丝雨