马丁·皮卡德的线粒体意识理论
哥伦比亚大学欧文医学中心线粒体心理生物学实验室主任马丁·皮卡德，将这种充满能量的细胞器置于他研究健康与意识模型的核心。
萨沙·马斯洛夫为《量子杂志》拍摄
引言
周四上午9点，马丁·皮卡德看着自己的血液从手臂的静脉输液管流出，穿过墙上的孔洞。他坐在一张单人床上，所处的密闭空间狭窄得连肩膀都无法完全舒展开，旁边就是不锈钢水槽和陶瓷马桶。接下来的24小时里，每过一小时——哪怕是在他睡觉时——护士都会将他的血液输送到隔壁的研究团队；每次采血时，如果他醒着，还要提供唾液样本，并填写一份情绪调查问卷。
这个房间看起来像个囚室，或是一间极度拥挤的酒店客房，但实际上它是一间代谢研究舱，全球同类设施仅有50个。刻意设计的狭小空间，能防止皮卡德消耗维持生命必需量之外的额外能量。白天禁止打盹，饮食也严格按照他的热量需求定时供应，除此之外不能吃任何东西。晚上11点必须准时上床睡觉，熄灯前他还要戴上设备，监测睡眠时的生命体征和脑活动。
虽然没什么事可做——大部分时间他都坐在床上看书或用笔记本电脑工作——但2021年7月的那天，皮卡德心中满是兴奋。因为他是自己实验室主导的实验的首位志愿者，而他正是纽约哥伦比亚大学欧文医学中心线粒体心理生物学实验室的负责人。通过研究维持基础生存所需的能量，他的实验室旨在探索一个被忽视的健康与疾病影响因素——小到分子层面，大到意识层面，都与它息息相关：线粒体。
大多数中学生都学过，线粒体是细胞的“动力工厂”。这些细胞器通过一系列分解食物中葡萄糖和脂肪的化学反应，产生三磷酸腺苷（ATP）——生命的能量货币。但线粒体的作用远不止于此。过去十年的研究表明，它们能处理各类分子，包括神经递质、激素和代谢物，这意味着它们直接影响我们的情绪、压力感受、性唤起和睡眠需求。皮卡德认为，这让线粒体成为“诸多已知意识基础过程的交汇点”。
一个线粒体（橙色）内部有复杂折叠的结构，称为嵴，能最大化表面积，提升ATP合成效率。这张透射电子显微图像是通过让电子束穿过超薄细胞切片拍摄而成。
科学图片库
在更宏观的层面，皮卡德提出了“生命能量观”：健康与疾病对应着不同的能量状态，而线粒体正是负责调控这些状态的微型转换器。按照这一观点，线粒体主导的代谢过程中，电子从食物流向氧气的过程，是生命体验最基础的层面。
“如果能量流动停止，你也就不复存在了，”皮卡德说。基因组或许编码了支撑生命的蛋白质，但如果调控和生产这些蛋白质所需的能量流动被打断或缺失，“意识、情绪、生命都将消失。”
皮卡德将线粒体生物学、能量与健康乃至意识相联系的观点正逐渐获得认可，但这些观点太过新颖，尚未形成正式的研究领域。皮卡德决心改变这一现状，越来越多的人也加入了他的行列。
圣路易斯华盛顿大学免疫学家乔恩·布雷斯托夫表示，基因和蛋白质的重要性不应被忽视，但线粒体及其控制的代谢通路“比我们想象的更重要，可能对大脑产生更即时的影响”。
他补充道，线粒体影响大脑活动的观点“一点也不牵强”，“马丁只是带来了全新的视角”。
生命本质
和地球上所有动物一样，皮卡德的线粒体遗传自母亲。他的母亲是一名护士，在蒙特利尔郊外的法语区经营着自己的家庭护理服务。有时母亲接他看完冰球训练后，会顺路去看望一两位病人。有的病人刚做完手术正在康复，有的四肢瘫痪，还有的在接受姑息治疗。皮卡德渐渐发现，有些人会接连生病，始终无法彻底痊愈，而另一些人却能从重伤或重病中“近乎奇迹般地”恢复。这一现象让他深感困惑。
带着这份好奇，他进入麦吉尔大学，学习生理学和神经免疫学。随着学习的深入，一个问题在他心中逐渐清晰：分子、细胞和身体层面的过程，如何转化为感受、行为和健康成长的能力？课堂上的知识无法给他答案，于是他开始私下研究整体健康学。虽然对所学内容有保留，但他认识到了从整体视角看待健康的价值，也开始意识到疾病的个体差异性。最重要的是，他说：“我学会了与他人建立共情。”
2025年12月12日，马丁·皮卡德在哥伦比亚大学组织的“线粒体心理生物学、压力与健康研讨会”上发言。
彼得·雷德利斯基拍摄
与此同时，在正式的学术研究中，他始终被线粒体吸引。皮卡德了解到，能量转换虽是线粒体对人体几乎所有过程至关重要的功能，但只是它们众多功能之一。它们还能产生大量化学信号，影响我们的感受、行为和身体机能。线粒体为谷氨酸和乙酰胆碱等神经递质的合成提供原料，而这些神经递质负责调控大脑、神经和肌肉活动。所有类固醇激素（包括皮质醇、雌激素、睾酮和孕酮）的合成第一步都在线粒体中进行，这让线粒体成为睡眠、性欲和压力的关键调节者。它们在细胞内和细胞间的信号传导中也十分活跃：线粒体能够缓冲和释放钙离子（参与肌肉收缩、基因转录等多种过程），还能产生活性氧（激活免疫细胞，传递细胞生长相关信号）。此外，线粒体在压力的感知与响应，甚至在细胞损伤过重时触发其自我毁灭的过程中，都扮演着核心角色。
线粒体影响的核心过程不断增多——免疫活动、生殖、代谢、癌症的生长与抑制、肠道健康、衰老与长寿等等——这强烈暗示线粒体功能障碍可能与多种疾病相关。这也引发了研究人员对线粒体认知的范式转变。缅因州巴港非营利研究机构杰克逊实验室的研究员A·菲利普·韦斯特说：“现在可能是研究线粒体最激动人心的时期之一，我们还有很多东西要学，但无疑正进入一个令人惊叹的阶段。”
有趣的是，线粒体还能生成小分子物质，细胞在生长、发育和响应环境变化时，会用这些小分子开启或关闭基因。皮卡德认为，这让线粒体成为“惰性基因组与动态环境之间的门户”。研究生毕业时，他怀疑线粒体或许能解答他心中一些更深层次的问题。于是，他抓住这个直觉，前往宾夕法尼亚大学道格拉斯·华莱士的实验室从事博士后研究——华莱士是线粒体遗传学领域公认的奠基人之一。
马克·贝兰为《量子杂志》拍摄
从那以后，皮卡德领导了多项研究，开发了多种工具，探索线粒体、能量、情绪与健康之间的联系，逐步验证他的核心假说：线粒体是医学中缺失的维度，可以解释为何有些人会健康顺遂，有些人却会困顿不堪——正如他早年陪母亲探望病人时观察到的那样。如果人体有有限的能量预算，当某个生理过程消耗的能量超过常规份额时，自然会出现能量分配的权衡。疾病、损伤或慢性压力等带来的额外能量需求，不仅会表现为健康状况不佳，还会引发焦虑、脑雾、疲惫等负面主观体验。反之，健康、愉悦与充沛的精力往往相伴相生。“人们体验到美好的事物时，主观上会感觉更有活力，”皮卡德说。
如今，他更愿意将线粒体视为“细胞功能的协调者”。他把人体比作电路，线粒体则扮演电阻的角色。他解释道，在电路中，电阻能将电流调控为可用状态，而非任由其不受控制地流动。同样，线粒体也能将人体的能量流动维持在一个狭窄的阻力区间内——既不过少，也不过多——从而维持健康状态。
皮卡德的办公室装饰着线粒体主题的物件。
萨沙·马斯洛夫为《量子杂志》拍摄
皮卡德说，线粒体绝非被动的能量通道，而是电路中的“模式生成单元”，能将原始电流转化为有意义的信号。他推测，这些信号模式的差异或许能解释为何有些人更容易陷入特定的心理状态或患上慢性病。
“皮卡德提出的这个假说非常令人振奋，”韦斯特说，“他试图拓宽我们的视野，帮助大家理解能量流动的总体规律。”
与此同时，他也在挑战医学和生物学中长期存在的假设——即基因和蛋白质是健康与疾病的主要驱动因素。皮卡德提出疑问：如果线粒体转化的能量数量与性质，才是人类体验的核心呢？
能量探索
2025年12月一个寒冷晴朗的早晨，皮卡德走上讲台，穿着一件绣有卡通线粒体图案的毛衣。他身后的窗户俯瞰着哈德逊河的壮阔景色，面前的房间里，约100名科学家、学生、企业家、投资者、患者，还有一名记者围坐在桌旁。
“站在这里演讲，我的自我感受到了威胁，”皮卡德说，蓝色的眼睛里闪烁着热情。身体对这种威胁产生的神经反应——心跳加速、腋下出汗、汗毛竖立——正是一个生动的例子。“一切都需要消耗能量，”他说，哪怕是主观的心理体验也不例外。
皮卡德组织了这场为期一天的研讨会，让线粒体研究的同行们有机会交流这一快速发展领域的最新成果，话题从免疫细胞生物学到时间感知。“听说马丁要办研讨会，我一定要来，”阿拉巴马大学伯明翰分校的健康行为学家罗宾·盖恩斯·兰齐说，她专程飞来参会并做报告。
压力是皮卡德演讲的合适主题，因为自博士后时期起，他就对压力的能量消耗十分着迷。在2015年发表的一项早期实验中，他将小鼠放入无法移动的管子里，刻意让它们承受压力。其中一些小鼠拥有正常的线粒体，另一些则患有线粒体疾病或存在线粒体缺陷。他发现，线粒体缺陷的类型不同，小鼠对束缚不适的生理反应也截然不同，产生的分子信号也有差异。“改变线粒体，就能改变生物体感知或响应心理压力的方式，”皮卡德说。
在同期开展的另一项研究中，皮卡德发现，即使线粒体的能量转化能力未受影响，干扰线粒体也会改变宿主细胞的基因表达和生长。他说，这些结果印证了线粒体可以作为身体与外界环境之间动态接口的观点。
马克·贝兰为《量子杂志》拍摄
从那以后，皮卡德和其他研究者建立的新方法，拓展了线粒体研究的类型。其中最实用的是“线粒体分型”技术，科学家可以通过线粒体的功能与活性（表型）、底层DNA序列（基因型）和基因表达，对不同类型的线粒体进行分析和分类。2018年，皮卡德和同事提出了线粒体健康指数——一种衡量线粒体能量转化能力的分子指标，通过从组织样本中提取线粒体并量化其成分计算得出。该指数让研究人员能够以前所未有的规模和精度测量线粒体活性，如今一次可处理数千份样本，而几年前只能处理几十份。
洛桑瑞士联邦理工学院的行为与系统神经科学家卡门·桑迪表示，曾被边缘化的线粒体研究如今正蓬勃发展。一些研究结果让研究者震惊：线粒体存在分化现象。不同器官甚至不同细胞内的线粒体亚群存在差异，负责的能量产出或生化功能也各不相同。多个研究团队发表论文，将线粒体生物学与记忆形成、抑郁症、阿尔茨海默病、心脏病等各种疾病联系起来。这些研究共同提升了线粒体作为一个广泛且动态研究领域的认可度。布雷斯托夫谈到自己的线粒体研究时说：“七年前人们简直会嘲笑我，现在却主动来寻求帮助，大家的心态开放多了。”
神经科学家卡门·桑迪领导了首批明确证明脑细胞线粒体活性会影响心理状态的研究。
卡门·桑迪提供
首批明确证明线粒体对心理状态有影响，且可通过治疗干预调整这些状态的研究，就来自桑迪的实验室。2021年，她发现一些天生表现出焦虑或抑郁行为的大鼠，其脑细胞线粒体功能存在障碍。当她和同事通过实验提升大鼠的线粒体输出后，神经元恢复了正常，大鼠的焦虑症状也有所减轻。在后续研究中，她和同事发现一种市售补充剂也能产生同样的积极效果。“它让一切都恢复了正常，”桑迪说。
与此同时，皮卡德也接连发现线粒体与大脑功能的关联。值得注意的是，2025年他与人合著了人类脑线粒体图谱，揭示线粒体不仅在不同脑区存在差异，在同一脑区的不同细胞类型中也各不相同。研究人员在文中写道，这份图谱邀请其他科学家一同探索构成大脑结构、过程与功能——包括意识——的“分子能量图景”，呼吁更多人加入他们，共同创立一个新的研究领域。
模式生成
随着新发现不断积累，皮卡德逐渐认识到，大脑功能不仅由分子、神经元和神经回路塑造，还受到能量转化与模式的影响。在他看来，我们的认知、情绪和意识体验，反映了更深层次的能量过程——深入到亚细胞层面。他甚至大胆推测，线粒体可能是身心谜题中缺失的一块：这些微观的“炼金术士”能从物质中催生思想，负责将“意识具象化为生命”。
2025年，皮卡德与人合著了人类脑线粒体图谱，作者称这是“理解脑线粒体如何与认知功能和神经健康相关联的里程碑”。
萨沙·马斯洛夫为《量子杂志》拍摄
并非所有人都认同他的观点。西班牙国家心血管研究中心的分子生物学家何塞·安东尼奥·恩里克斯提醒道，皮卡德关于线粒体与意识的观点很有趣，但“绝未得到证实”。“马丁是个优秀的思考者，有时想法有点大胆，”恩里克斯说，“他的论断必须经过严谨的科学评估。”
皮卡德知道，自己的观点对一些生物医学同行来说难以接受。“想要将线粒体内的生物能量过程与人类体验联系起来，我有点离经叛道，”他说，“但我觉得，如果不这么做，我们就错过了最重大的机遇。”
代谢舱研究的结果目前正在审核中，该研究朝着这个方向迈出了一步，探索线粒体如何影响主观体验。在2025年的研讨会上，皮卡德实验室的研究生埃文·绍尔森在下午场展示了部分初步结果。
患有两种罕见线粒体疾病之一的受试者，每天多消耗180卡路里，能量支出比健康对照组高15%，即使在睡眠时也是如此。“他们每天都要缴纳180卡路里的‘税’，相当于一片披萨的热量，”绍尔森说。这些受试者报告的疲劳和压力感比健康对照组更强，血液中的代谢分子（如乳酸）水平更高——这表明线粒体功能异常，且与焦虑相关。
埃文·绍尔森是皮卡德实验室的研究生，正主导一项新研究，追踪线粒体代谢与生活体验之间的关联。
彼得·雷德利斯基拍摄
在研究的第二部分，研究者追踪了受试者在正常生活中“自由活动”九天的能量消耗情况。他们没有使用静脉输液管，而是让受试者饮用含有同位素标记的特殊水，皮卡德的实验室成员通过测量尿液中同位素的排出速度（这是衡量代谢率的成熟方法）来计算能量消耗。
出乎意料的是，在现实生活中，两组受试者的热量消耗差距几乎消失了。这是因为健康受试者在自由活动时的能量消耗比在代谢舱内高16%，而线粒体疾病患者仅高出5%。绍尔森解释说，换句话说，代谢舱的限制状态对线粒体疾病患者来说更像是“日常状态”——因为他们精力不足，活动量本来就小。
这些发现还处于初步阶段，且基于少量受试者：目前除皮卡德外，仅有20人提供了数据。但绍尔森表示，它们表明线粒体过程可以“层层传导，影响整个生物体”。研究这些变化如何从分子和细胞层面产生，并表现为情绪和行为，不仅可能让我们对线粒体疾病有新的认识，开发出新的治疗方法，还能揭示更多线粒体维持身体健康与功能的机制。
杜克大学进化人类学家赫尔曼·庞策专门研究人类生物能量学，他并未参与这项研究，但对其有所了解。他表示，代谢舱研究揭示了“人体调节每日热量消耗的控制系统——而我们尚未完全理解这些系统”。
“皮卡德和他的团队帮助我们打开了这些系统的大门，为未来的代谢与健康研究奠定了基础，”他补充道。
皮卡德说，下一步将开展规模更大的研究，由绍尔森主导，约100人参与。除了在代谢舱中待几个小时，受试者还将在六个月内接受可穿戴设备监测、使用应用程序、提供唾液样本，并报告自己的生活体验。绍尔森说，研究结果可能“为行为、生物学与意识之间搭建桥梁，提供新的视角”。
皮卡德还将在他创立的新非营利机构中继续探索这些问题，该机构旨在将实验室发现转化为实际应用。他计划在2027年借助慈善支持启动这一机构，将线粒体、代谢和能量的研究成果与人类体验相结合，建立一个新的治愈科学领域，“旨在促进人类健康发展”。
绍尔森承认，像皮卡德这样在顶级期刊发表论文的终身教授，却谈论能量流动和整体疗愈——这些话题通常属于瑜伽修行者、传统医学从业者和自称灵性疗愈师的人——确实不同寻常。但他说，一旦同行看到相关数据，证明这种非常规方法的合理性，他们的怀疑通常会烟消云散。
皮卡德也认同，实验室的一些假说最初在学术研究者听来可能有点“玄乎”。但科学始终是由大胆、具有挑战性的想法驱动的，这些想法随后会经过严谨的检验和完善。正如皮卡德所说：“很多曾经被认为‘玄乎’的事物，在我们理解之后就不再神秘了。”
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