二、PUFA对婴幼儿大脑学习记忆功能的影响
自从20世纪70年代提出PUFA的概念以来，特别是发现了两种重要的PUFA——DHA和AA（花生四烯酸，C20：4 ω-6 cis）在大脑生长发育的关键时期，即从妊娠晚期到产后第一年的婴儿期——在大脑中快速累积[35]，因而受到人们的高度关注。实验发现，采用人工配方奶粉喂养的婴幼儿血浆和红细胞中PUFA的含量，特别是DHA的含量明显低于母乳喂养的婴儿的含量[36]。母乳是人工婴幼儿奶粉配方的“黄金标准”，被认为是6个月以前的婴儿最佳的营养来源。此外，研究发现，即使是母乳，其PUFA，尤其是DHA的含量也存在明显的差异。整体而言，AA的含量相对较恒定，DHA的含量则可相差20倍以上，含量从0.06%到1.4%[37]，这导致受试婴幼儿对PUFA不同的需求，并对大脑的精神活动、认知能力、运动能力和视觉功能等有不同的影响[36，18]。
对婴幼儿的生长发育和智力测试，目前通常采用标准化的随机对照方法，例如Bayley婴儿发育的量化表和Fagan的检验方法，前者评估从出生到42个月婴儿的大脑生长发育状况，后者测试婴儿的智力发展状况[36]。研究显示：PUFA含量、ω-6/ω-3 PUFA的比例、喂养的时间 （如孕期或哺乳期）、受试者年龄、PUFA的来源和质量等因素不同，对大脑发育的影响不同。饮食中ω-3 PUFA来源相对充足与严重缺乏ω-3 PUFA相比，无论是在妊娠期还是在哺乳期，通过饮食添加PUFA干预的效果显著不同[38]。在Bayley婴儿发育量化表评估基础上，增设新的指标，包括解决问题的能力、对事物的关注度、婴儿的反应速度、幼儿注意力的分离状态、学龄前和学龄儿童的注意力等，观察婴幼儿认知功能，发现大脑的认知能力与饮食中DHA的摄入量或血细胞和血浆中DHA的含量密切相关。
动物实验通常从ω-3 PUFA的缺乏和ω-3 PUFA的补充两个方面观察对灵长类和啮齿动物的学习记忆能力的影响。实验发现，食物中虽然含有充足的LA（亚油酸，C18：2 ω-6 cis），但ALA（α-亚麻酸，C18：3 ω-3 cis）的缺乏可导致恒河猴大脑发育迟缓，学习记忆能力下降。相比流行病学和临床研究，动物实验的优势是能够更好地控制干扰学习记忆能力的潜在因素和实验条件。构建ω-3 PUFA缺乏的模型，最佳的实验方法是在啮齿动物出生前，或数代延续对ω-3 PUFA的摄入量进行限制，因为ω-3 PUFA （特别是DHA） 水平在成人大脑可以长时间得到维持。然而大脑DHA缺乏的模型也可以采用严格控制摄入量的方法在同代模型鼠中实现。ω-6/ω-3的比例也是影响PUFA增强大脑学习记忆功能的重要因素。单独对ω-3 PUFA实行饮食控制会导致大脑的DHA水平降低（额叶皮层和海马），DPA（docosapentaenoic acid，C22：5，ω-6）的含量相应增加[39]。虽然DHA和DPA的分子结构只相差一个双键的位置，但对大脑学习记忆的功能，DPA不能取代DHA的作用[40]。对啮齿动物学习记忆能力的评估通常采用迷宫的方法，例如水迷宫、Barne’s circular maze、Radial Arm Maze以及被动/主动回避实验等。水迷宫是最常见的测试方法，反映受试动物海马依赖性空间学习记忆能力。水迷宫的缺点是恐水症诱发的应激反应可能会干扰学习记忆的过程[41]。因此，那些可以减少应激反应的化合物，例如ω-3 PUFA可间接地通过减少应激反应影响学习记忆功能，而不是直接加强学习记忆能力的结果。同样，ω-3的缺乏也可能通过增加应激反应影响水迷宫的结果。所以，用水迷宫测量ω-3 PUFA缺乏所导致的学习记忆功能障碍通常要强于Barnes Maze 所得的结果[42]。实验表明，无论是在胎儿期[42，43]、婴幼儿期甚至青少年期[39]，ω-3 PUFA的缺乏都可显著影响迷宫实验中的表现，补充ω-3 PUFA可对抗其作用。实验发现，ω-3 DHA的作用不能被ω-6 DPA所取代。即使饲料中含有丰富的LA和DPA，但DHA不足仍可导致空间记忆性损伤[60]。一般说来，在饮食中补充ω-3 PUFA有利于大脑的生长发育，尤其是在ω-3 PUFA缺乏的条件下，补充ω-3 PUFA的效果最为明显[39，44]。动物研究的优势在于可以选择最合适的方法，排除焦虑对实验的干扰。然而动物实验的缺点是不能完全反映复杂的人类认知的活动。值得注意的是，目前的动物实验往往选择雄性动物，但研究表明，ω-3 PUFA的摄入量和对认知的影响有着明显的性别差异[45]。
长时程增强（long term potentiation，LTP）被认为是大脑学习记忆功能重要的细胞学机制。越来越多的证据表明，ω-3 PUFA（包括DHA和EPA）都具有调节LTP的功能。除同代的大鼠外，实验发现母鼠饮食中DHA的缺乏也可伤及子鼠LTP的功能[46]。除采用迷宫和LTP的方法外，神经生物学还从其他多个方面探讨了PUFA对大脑学习记忆功能的影响。神经发生（neurogenesis）通常是指神经母细胞进行有丝分裂，发育成熟为特定种类神经元的过程。在大鼠的胚胎，大部分神经发生在胚胎期的14～17周之间。突触发生（synaptogenesis）是指神经细胞间建立突触联系形成神经网络的过程，主要发生在出生后的第二周。神经发生和突触发生是大脑生长发育的关键时期。实验发现在神经发生和突触发生的同时，PUFA在大脑磷脂中开始大量累积，特别是DHA的含量在突触发生期前的迅速增加，显示了DHA在大脑发展的关键时期扮演着重要的角色[47]。最近已有许多实验，包括体外和体内研究，从不同的方面探讨了DHA的缺乏或补充对神经元和突触的形态和功能的影响[48]。例如对神经细胞体积的影响[49]，对神经细胞突起的影响[46，50]，对突触前和突触后蛋白表达的影响，例如突触蛋白（synapsins）和谷氨酸受体等。这些突触蛋白参与了突触囊泡的转运、递质的释放和回收以及突触后的传递过程[46，51]。实验发现，在妊娠期DHA的缺乏可抑制胎儿海马神经突的生长。在培养的海马神经元中添加生理浓度的DHA，即可促进神经突的生长和突触发生，但AA、油酸或DPA不具备这些功能[46]。实验还发现，DHA的代谢物DEA（N-docosahexaenoylethanolamide）能明显地促进海马神经细胞的生长发育，包括海马神经突的生长和突触发生，其作用浓度显著低于DHA的浓度[52]。值得注意的是，对新生儿的大脑，EPA是影响髓鞘形成（myelinogenesis）的关键因素，而不是DHA[53]。神经营养因子（neurotrophins）是ω-3 PUFA增强大脑学习记忆功能的重要靶体。PUFA通过对神经生长因子的调制，影响神经元生长发育、分化和成活等重要的生理过程。BDNF（脑源性神经营养因子）是一种重要的神经营养因子。在年轻大鼠饮食中限制ω-3 PUFA 15周后，实验发现，在额叶皮层中DHA的含量明显减少，伴随着BDNF mRNA和蛋白表达量的下降[54]。实验观察到EPA可以通过对BDNF受体的调控，增加神经细胞瘤细胞的分化并增强其生存能力[55]。
除正常的生理活动外，许多实验结果表明，ω-3 PUFA的缺乏可导致多种与婴幼儿学习记忆功能相关的神经和精神性疾病，如多动症、抑郁症、精神分裂症、自闭症和焦虑症等[56]。ω-3 PUFA的缺乏可损害大脑的神经传递过程，尤其是多巴胺和5-HT（5-羟色胺）系统的神经传递功能。同时，ω-3 PUFA也可影响神经细胞膜的流动性和相关受体的功能，最终导致大脑结构和功能的损伤[57]。啮齿动物的研究表明，ω-3 PUFA缺乏是诱导多动症和精神分裂症的重要因素。在儿童期的多动症通常伴随着行为和学习记忆功能的障碍，以致成年期的情绪障碍[58，59]。遗传学的研究发现多动症的发生和其他多种疾病之间存在某种联系，如诵读困难、反社会行为、情绪障碍和精神分裂症等。营养是影响这些基因表达的重要因素[60]。实验发现，LC-PUFA及其代谢产物与情绪障碍和精神分裂症的基因表达有密切的关系。例如LC-PUFA及其代谢产物参与了CREB（cAMP response element binding protein）等基因表达的调节，后者在LTP中扮演着重要的角色[46，51]。同时，CREB可通过其他的信号通路调节突触可塑性和学习记忆的过程。