体内には数多くの神経伝達物質がありますが、その中で認知機能に最も影響するのはセロトニンです。セロトニンは必須アミノ酸のトリプトファンから５−ヒドロキシトリプトファンを経て、セロトニン（５−ヒドロキシトリプタミン）に合成されます。セロトニンは体内には約１０mgがあり、腸内に約９０％、血小板中に約８％、脳内の中枢神経系に約２％が存在しています。
セロトニンは脳の神経伝達物質であることから脳幹の縫線核でも合成されますが、その多く合成されるのは腸内です。腸内細菌の善玉菌の働きによって合成が進むことから、善玉菌を増やすことが重要とされています。しかし、腸内で作られたセロトニンは血管脳関門を通過することができません。血管脳関門は血管と脳の間で物質を交換する部分で、脳に有害となるものや必要ではないものは通過させないようにして、脳の正常な働きが保たれています。
それにも関わらず、腸内環境が整えられると脳内のセロトニンが増加して、認知機能が高まることが確認されています。その理由として考えられているのは、セロトニンの前駆体である５−ヒドロキシトリプトファンのまま血液によって血管脳関門まで運ばれることで、５−ヒドロキシトリプトファンは血管脳関門を通過することが確認されています。
脳内で合成されるセロトニンと腸内で合成される５−ヒドロキシトリプトファンを増やすためにはトリプトファンが含まれる食品を摂ることが必要になります。トリプトファンは肉、魚、豆（特に納豆）、チーズ、そば、アーモンドなどに多く含まれています。これらの食品を食べてトリプトファンを多く摂っていれば脳内でセロトニンが多く合成されると一般に説明されていますが、脳血管関門はアミノ酸のバリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアラニン、チロシン、メチオニンと共通の輸送体によって脳内に取り込まれます。高たんぱく質の食事ではトリプトファンが血管脳関門を通過しにくくなるため、効率的な摂取法としてサプリメントの活用もすすめられています。