现代人体能量危机，正在拖慢我们的思考

大约20亿年前，演化进行了一场几乎不可能成功的实验。一个更大的祖先细胞吞噬了一个更小的细菌。按理说，这本该是一顿晚餐。但结果却变成了一次融合。这个细菌在宿主内部存活了下来，而双方共同缔造了生命史上最重要的合作关系之一。宿主提供庇护和获取氧气的机会；细菌则提供了一项革命性的能力：一种效率高得多的能量生成方式。

这种亲密联盟催生了真核细胞——以及复杂生命诞生的可能性。所有植物、动物和会思考的生命，都能将自己的谱系追溯到那场古老的共生。我们的反思能力、想象力与怀疑精神，都建立在一个曾经自由生活的微生物之上。我们称这些后代为线粒体。

它们存在于我们身体几乎每一个细胞中，每个细胞内有数百到数千个不等。总体而言，我们体内大约拥有1000万亿亿个线粒体——总质量约占体重的十分之一。红细胞是个例外：它们没有线粒体，这使其能够最大化运输氧气。几乎所有其他细胞都绝对依赖线粒体。神经元尤其“耗能”。每个神经元中都含有数千个线粒体，可占据细胞体积的40%。

这些棒状结构常被称为细胞的“动力工厂”。通过有氧代谢，它们产生维持细胞存活与运作所需的大部分化学能——这种分子燃料支撑着每一个生物过程。

尽管大脑仅占体重的2%，却消耗了人体静息状态下约20%的能量。每一次感知、记忆、情绪与思想，代谢成本都极高。思考本身，就是一种高度耗能的行为。按单位重量计算，我们的大脑中线粒体的比例甚至高于神经元。这不仅仅是一个生物学趣闻。它暗示着：认知与代谢不可分割——心智不仅由神经元网络塑造，也由能量网络塑造。

二十年前，当我还是博士生时，线粒体被描述成细胞中静态的“动力工厂”，尽职尽责，却在概念上乏味无趣。而今天，它们已成为科学重新评估的核心。线粒体远非被动的电池，而是细胞生死、压力反应、炎症与衰老的动态调节者。越来越多证据表明，它们影响着我们思维的清晰程度、心理韧性，以及适应不确定性的能力。

过去20年间，科学图景发生了巨大变化。作为一名神经科学家、作家与播音员，在我自己的工作中，我亲眼见证了线粒体如何从生物学边缘走向中心，成为讨论现代生活如何塑造大脑的新兴议题核心。正如我在《21世纪的大脑：利用前沿神经科学帮助我们应对未来》（The 21st Century Brain: Using Cutting-Edge Neuroscience to Help Us Navigate the Future，2026）一书中探讨的那样，一场隐秘的能量危机，或许正在现代人的身体内部展开。

久坐生活方式、慢性压力、环境压力以及营养过剩，反而可能给维持细胞能量的系统带来负担。如果认知建立在代谢基础之上，那么我们的思维质量，可能比我们目前认识到的更加依赖这些古老共生体的活力。

理解我们如何为思想提供燃料，就是重新审视当初使思考成为可能的那场演化交易。线粒体的故事不仅仅是细胞能量学的故事。它提醒我们：智能源于合作——而我们思维的清晰度，可能取决于数十亿年前形成的那场联盟是否健康。

智能依赖能量，这一观点听起来几乎平淡无奇。当然，大脑需要燃料。然而，直到最近，人类才终于能够在活体中观察支撑思维的能量机器。

在伦敦帝国学院，分子精神病学家奥利弗·豪斯（Oliver Howes）及其同事利用正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）绘制了线粒体复合体I（MC-I）的分布图。MC-I是氧化磷酸化通路中最大的酶，而氧化磷酸化负责产生ATP——细胞的能量货币。MC-I位于呼吸链的最前端。没有它，高效能量生产便无法实现。

在一项针对健康志愿者的试点研究中，研究团队测量了参与者的认知表现，随后扫描其大脑以估算MC-I的可用性。结果令人震惊：IQ分数越高，MC-I可用性越高。研究人员的解释十分谨慎，但含义耐人寻味。认知表现似乎与大脑在相关网络中生成能量的能力有关。简单来说，可用能量越多，复杂思维的潜力越大。

动物研究也得出了相同主题的结论。在纽约市西奈山伊坎医学院（Icahn School of Medicine at Mount Sinai），原由子（Yuko Hara）及其同事研究了恒河猴前额叶皮层中的突触。工作记忆——即在脑海中保持并操作信息的能力——会随着这些突触内线粒体的密度与形态而变化。工作记忆表现强的猴子拥有更多结构健康的线粒体；表现较差的猴子则拥有更多畸形线粒体，这与氧化应激和ATP生成减少相一致。

这些发现强化了一个简单却深刻的结论：能够进行高级认知的大脑，需要可靠的能量系统。智能在某种程度上受制于生物能量学。

我们从父母那里继承很多东西：说话方式、忧郁倾向、面部结构。但在细胞深处，还存在一种更加安静的遗传，而且它只来自母亲。线粒体——这些生成生命所需化学能量的微小细胞器——拥有自己的DNA。在受孕时，卵细胞向胚胎提供线粒体基因组；而精子贡献的线粒体通常会被拆解并销毁。在这种不对称的生物遗传中，演化写下了一部母系剧本。

这种特殊遗传模式长期以来引发了大量猜想。如果线粒体是细胞的发电厂，而且它们只通过母系传递，那么其DNA中的细微差异，是否会影响我们的衰老，甚至寿命长短？

2017年，爱丁堡大学的伊娃·丘基奇（Iva Čukić）与伊恩·迪里（Ian Deary）发表了关于智力与寿命关系最全面的研究之一。他们利用1947年苏格兰心理调查（Scottish Mental Survey of 1947）的数据，追踪了超过7万人，这些人在11岁时参加了IQ测试。令人惊讶的是，研究人员最终掌握了原始队列94%的信息，并持续追踪他们直到79岁。

研究规模与持续时间，使研究者能够得出格外可靠的结论。一个人11岁时IQ越高，其寿命往往越长。乍看之下，这似乎违反直觉。智力与癌症、运动神经元病或事故有什么关系？然而，就连这些结果也与儿童时期IQ存在统计相关性。这类发现引发了关于因果机制的棘手问题。智力并不会直接抵御不幸。相反，它可能反映了更深层的生物完整性——即维持生命系统中的一种微妙效率。

在线粒体重新成为主角的地方，演化生物学家戴维·吉里（David Geary）提出，线粒体是连接智力、健康与衰老的关键枢纽。由于线粒体负责细胞能量生产，而大脑又是一个极度耗能的器官，因此，即便生物能量效率只有微小差异，也可能在一生中不断累积。几十年后，这些边缘差异或许会表现为认知韧性、身体健康与寿命的差异。衰老本身，某种程度上可能就是能量生产逐渐衰退的故事。

线粒体会不断复制，受损后也会被选择性清除。而在人类一生中，这两种过程都会逐渐下降。功能异常的线粒体开始积累。这种低效状态已经被证明与神经退行性疾病、心血管疾病、肠道炎症和癌症有关。

与此同时，细胞损伤不断累积，并需要修复。而修复需要能量。因此，衰老或许意味着能量需求与供给之间的鸿沟越来越大。当能量生产减少、成本上升时，身体开始进行优先级排序。低优先级过程会被抑制，随后便出现疲劳、认知迟缓与炎症增强。

这种框架有助于解释一个核心悖论。氧化磷酸化——即产生ATP的过程——同时也会生成活性氧（reactive oxygen species，ROS）。在适度水平下，ROS是重要的信号分子，甚至可能与更高认知表现相关。但过量ROS会损伤线粒体DNA与细胞结构。能量过低会令人虚弱；而失控的氧化副产物过多则具有破坏性。大脑只能在狭窄的能量走廊中运行。即便是同样年龄的人，其活力、清晰度与韧性差异往往也极其明显。一个新兴框架正试图通过生物能量学来解释这种差异。

能量生产并不是控制细胞衰老的唯一时钟。端粒——位于染色体末端的保护帽——会随着每次细胞分裂而缩短。当缩短到临界程度时，它们会触发导致细胞死亡的过程。如今，端粒长度已被广泛用作生物衰老的标志物。

端粒酶能够恢复端粒长度，但其活性会随时间下降，并对生活方式与压力十分敏感。在加州大学旧金山分校，艾丽莎·埃佩尔（Elissa Epel）及其同事发现，长期承受高压力的女性，其端粒明显更短——相当于额外老化约10年——相比那些压力较低的人而言。

相比之下，运动似乎能够增强端粒酶活性。健康的线粒体功能也有类似作用。越来越多证据表明，线粒体效率与端粒维持之间存在密切联系。受损的生物能量系统可能加速端粒侵蚀；而强健的生物能量系统则可能起到缓冲作用。

在纽约哥伦比亚大学马丁·皮卡德（Martin Picard）领导的一项联合研究中，原发性线粒体疾病患者表现出更高的静息能量消耗——一种类似“生物通货膨胀”的状态，仅仅活着就需要付出异常高的能量成本。能量压力越高，端粒侵蚀速度越快。

在另一项针对长期照顾自闭症儿童母亲的纵向研究中，皮卡德与埃佩尔发现，基线线粒体健康程度越高，9个月内端粒酶活性越稳定；而慢性压力则与线粒体功能下降和端粒酶活性下降同时相关。能量衰竭与细胞衰老似乎纠缠在一起。

如果压力会损伤线粒体，而线粒体又帮助调节细胞衰老速度，那么压力就不仅仅是心理问题。它同时也是代谢问题。

线粒体研究的影响范围，已经扩展到一些曾被认为过于主观、无法纳入生物学解释的领域：人格与幸福感。

在长期进行的“巴尔的摩衰老纵向研究”（Baltimore Longitudinal Study of Aging）中，一项分析发现：血细胞中更高的线粒体DNA拷贝数——这是线粒体健康的标志——与更长寿相关的人格特质有关，包括外向性（extraversion）、责任心（conscientiousness）、开放性（openness）与宜人性（agreeableness），同时神经质（neuroticism）更低。在一个独立的意大利队列中进行重复验证后，这一发现得到了加强。线粒体健康不仅与生存有关，也与气质特征有关。

在哥伦比亚大学，由卡罗琳·特朗普夫（Caroline Trumpff）领导的一项尸检研究发现，那些几十年来报告更高生活满意度与社会融合感的老年人，其背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex）中的线粒体蛋白丰度更高。该区域是执行功能与情绪调节的核心区域。积极的社会心理体验，能够在线粒体生物学层面被实际测量出来。

孤独则提供了另一面。在一项针对英国生物银行（UK Biobank）参与者的大规模分析中，剑桥大学精神病学家芭芭拉·萨哈基安（Barbara Sahakian）及其同事发现，生长分化因子15（GDF15）——一种线粒体能量压力标志物——是与社会孤立关联最强的蛋白质。GDF15升高已被证明与疾病、虚弱和死亡风险相关。

皮卡德提出，大脑会持续监测身体能量状态——他将这一过程称为“代谢感知”（metaboception）。当能量需求即将超过供给时，像GDF15这样的信号分子可能会启动节能反应，而人们主观上会体验为疲劳或焦虑。从这个角度看，社会孤立不仅令人情感痛苦；它可能属于一种生物能量征税机制。

值得注意的是，在一项小规模日记研究中，积极情绪能够预测第二天线粒体能量转换效率的提升；但线粒体指标却无法预测之后的情绪。尽管这仍属初步结果，但这种不对称性暗示：心理体验可能比相反方向更容易塑造细胞能量学。

我们早已习惯说，与优秀的人相处会“让人充满能量”。而这个隐喻，或许比我们想象中更接近生理现实。

在一个痴迷于认知增强与人工智能的时代，我们值得记住：智能依赖于维持脆弱而精细的能量平衡。从字面意义上说，照顾我们的身体、人际关系与环境，就是在照顾让思维成为可能的能量。

孕育线粒体的那场演化融合，还带来了最后一个启示。复杂性与智能并非源于统治，而是源于合作。在我们体内，古老细菌仍在持续劳动——它们不是仆人，而是合作者。我们的每一个想法、每一道想象力火花，都由这种细胞层面的安静合作提供动力。任何形式的智能，本质上都是与能量本身的合作关系。

其中一个重要启示是：一个适应21世纪的大脑，也许应当理解——并尊重——自己的生物能量基础。

关于线粒体的科学仍在不断发展，但我们已经知道足够多的信息，可以提出以下建议：

以支持能量稳定的方式饮食

以尽量少加工的食物、充足蛋白质、不饱和脂肪（如富含于油性鱼类、坚果与橄榄油中的脂肪）以及高纤维蔬菜为核心的饮食，有助于稳定葡萄糖供应并减少氧化应激。相反，过量饮酒与吸烟会直接损伤线粒体膜与DNA。充足营养——尤其是B族维生素、镁与辅酶Q10（CoQ10）——是高效氧化磷酸化的基础。

每天运动，并偶尔进行高强度锻炼

身体运动是刺激线粒体生成的最强因素之一。尤其是有氧运动，能够提升肌肉与大脑中的线粒体密度和效率。规律运动不仅能在短期内改善情绪，也能扩大身体长期的能量容量。

将睡眠视为生物学必需品，而非奢侈享受

在睡眠期间，大脑会巩固记忆、清除代谢废物，并重新校准能量平衡。线粒体自噬（mitophagy）——即清除受损线粒体的过程——需要稳定的昼夜节律支持。相反，长期睡眠不足会使能量残骸无法被及时清除，从而缩小适应性压力与氧化过载之间的安全缓冲区。

将压力视为代谢问题，而不仅仅是情绪问题

长期心理压力会转化为线粒体功能和端粒动态的可测量变化。短暂压力可能具有适应意义；而持续不断的压力则会侵蚀韧性。那些能够降低主观威胁感的做法——例如正念、社会支持、亲近自然以及有意识地安排恢复时间——并不是放纵享受，而是一种能量修复形式。

投资于社会连接

孤独不仅仅在主观上令人痛苦；它似乎也具有生物学代价。积极的人际互动与更高的线粒体效率相关，而社会隔离则与能量压力标志物有关。因此，人际关系也是我们代谢生态的一部分。对话、共同目标与归属感，或许都有助于维持支撑认知的能量流动。

用“能量预算”的方式思考生活

衰老或许意味着能量需求与能量供给之间的差距不断扩大。智慧的一部分，在于把能量分配到真正重要的地方——减少低价值承诺、拥抱恢复性活动，并理解：节约能量并非软弱，而是一种策略。

作者：Hannah Critchlow

译者：EY

https://aeon.co/essays/how-understanding-bioenergetics-can-help-our-brain-health