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科学家首次绘制了贯穿人脑的关键结构——线粒体的结构图，这一壮举可能有助于解开与年龄相关的脑部疾病之谜。3月26日，相关研究成果发表于《自然》。

研究结果表明，为细胞提供能量的线粒体在大脑不同部位的类型和密度存在差异。例如，进化上最老的脑区的线粒体密度低于较新的脑区。

德国埃尔朗根-纽伦堡大学的神经生物学家Valentin Riedl说，这张被研究者称为“线粒体脑图”的结构图，“在技术上令人印象深刻，在概念上也具有开创性”。

大脑的线粒体并不是一个小角色。“我们现在知道，大脑的生物学特征与大脑的能量学密切相关。”论文共同作者、美国哥伦比亚大学的心理生物学家Martin Picard说，“大脑能耗占人体能耗的20%。”

研究者使用一种木工工具，将一片来自一位死于心脏病的54岁捐赠者的冷冻大脑切片分成了703个小立方体。每个小立方体的尺寸为3×3×3毫米，这与构成大脑标准3D图像的单元大小相当。“最具挑战性的部分是拥有这么多的样本。”Picard说。

研究团队利用生化和分子技术确定了703个样本中的线粒体密度。研究人员还估算了一些样本中线粒体产生能量的效率。

为将研究结果扩展到单个脑块之外，研究人员开发了一个模型用来预测整个大脑中的线粒体数量和类型，并将脑成像数据和脑块数据输入其中。为了验证该模型，他们将其应用于其他冷冻大脑切片样本，发现该模型能准确预测样本的线粒体构成。

模型显示，大脑不同部位的线粒体存在差异。例如，由神经元的紧凑中央结构组成的大脑灰质，比主要由神经元分支组成的白质多50%以上的线粒体。此外，灰质线粒体产生能量的效率也比白质线粒体高。从爬行动物到灵长类动物的进化过程中，大脑皮层灰质中的线粒体尤为高效。

英国爱丁堡大学的神经科学家Nathalie Rochefort说，越来越多的证据表明，大脑线粒体在一些精神疾病和与年龄相关脑病的发展早期就会发生变化。她说，新数据将使科学家能够更详细地研究易受影响脑区的线粒体变化。

研究人员表示，还需要开展进一步的工作以充分理解不同大脑以及大脑内部的线粒体多样性。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08740-6