Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

المترجم: Ahmad Al-Awwad المدقّق: nada abdelrhman

I am a neuroscientist

أنا عالم أعصاب

with a mixed background in physics and medicine.

ولدي خلفية علمية في الفيزياء والطب

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

مخبري في المعهد السويسري الفيدرالي للتكنولوجيا

focuses on spinal cord injury,

يركز في أبحاثه على أصابات العمود الفقري

which affects more than 50,000 people

والتي تصيب أكثر من 50,000 شخصاً

around the world every year,

حول العالم سنوياً

with dramatic consequences for affected individuals,

مع عواقب وخيمة للأشخاص المصابين

whose life literally shatters

الذين " تتحطم " حياتهم حرفياً

in a matter of a handful of seconds.

في غضون ثوانٍ معدودة

And for me, the Man of Steel,

بالنسبة إلي, الرجل الفولاذي,

Christopher Reeve,

كريستوفر رييف

has best raised the awareness

كان أفضل من رفع مستوى الوعي

on the distress of spinal cord injured people.

حول معاناة المصابين بأذيات العمود الفقري.

And this is how I started my own personal journey

وهكذا بدأت رحلتي الشخصية

in this field of research,

في هذا المجال من الأبحاث

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

بالعمل مع مؤسسة كريستوفر ودانا رييف.

I still remember this decisive moment.

لا أزل أتذكر تلك اللحظة الحاسمة.

It was just at the end of a regular day of work

كان ذلك في نهاية يوم عمل عادي

with the foundation.

مع المؤسسة

Chris addressed us, the scientists and experts,

كريس تحدث إلينا, نحن العلماء والخبراء,

"You have to be more pragmatic.

" عليكم أن تكونوا أكثر واقعية "

When leaving your laboratory tomorrow,

" عندما تغادرون مختبراتكم غداً "

I want you to stop by the rehabilitation center

" أريد منكم أن تمروا بمركز إعادة التأهيل "

to watch injured people

" لتشاهدوا الأشخاص المصابين "

fighting to take a step,

" وهم يقاتلون للقيام بخطوة "

struggling to maintain their trunk.

" وهم يصارعون للحفاظ على ثبات جذعهم "

And when you go home,

" وعندما تعودون للبيت "

think of what you are going to change in your research

" فكروا ما الذي ستغيرون بأبحاثكم "

on the following day to make their lives better."

" في اليوم التالي لتجعلوا حياتهم أحسن "

These words, they stuck with me.

هذه الكلمات بقيت محفورة بذاكرتي

This was more than 10 years ago,

حدث هذا منذ أكثر من 10 سنوات

but ever since, my laboratory has followed

ولكن منذ ذلك الوقت, اتبع مخبري

the pragmatic approach to recovery

المقاربة الواقعية للتعافي

after spinal cord injury.

بعد حصول أصابة للعمود الفقري

And my first step in this direction

وكانت خطوتي الأولى في هذا الاتجاه

was to develop a new model of spinal cord injury

هي تطوير نموذج جديد لإصابة العمود الفقري

that would more closely mimic some of the key features of human injury

يسمح بتقليد بعض الملامح الأساسية للأذية عند الإنسان بشكل أكثر

while offering well-controlled experimental conditions.

مع توفير ظروف عالية الضبط للقيام بالتجربة بنفس الوقت

And for this purpose, we placed two hemisections

ولتحقيق هذه الغاية, قمنا بإجراء شقين نصفـيّـين

on opposite sides of the body.

في جهتين متعاكستين من الجسم.

They completely interrupt the communication

هذان الشقان قطعا التوصيل بشكل كامل

between the brain and the spinal cord,

ما بين الدماغ والنخاع الشوكي

thus leading to complete and permanent paralysis

وهذا يؤدي إلى حدوث شلل تام ودائم

of the leg.

للساق

But, as observed, after most injuries in humans,

ولكن, وكما هو ملاحظ بعد معطم الأذيات لدى البشر,

there is this intervening gap of intact neural tissue

توجد هناك تلك الثغرة المعترضة في النسيج العصبي السليم

through which recovery can occur.

والتي من الممكن حدوث التعافي عن طريقها

But how to make it happen?

ولكن كيف نجعل هذا ممكناً؟

Well, the classical approach

حسناً, المقاربة التقليدية

consists of applying intervention

تتألف من تطبيق إجراء تداخلي

that would promote the growth of the severed fiber

يقوم بتحريض نمو الألياف المقطوعة

to the original target.

باتجاه الهدف الأصلي

And while this certainly remained the key for a cure,

ورغم أن هذا يظل بكل تأكيد المفتاح الأساسي للتعافي,

this seemed extraordinarily complicated to me.

إلا أنه بدا بالنسبة لي معقداً للغاية.

To reach clinical fruition rapidly,

ليؤتي ثماره سريرياً بسرعة

it was obvious:

لقد كان واضحاً:

I had to think about the problem differently.

علي أن أفكر في هذه المشكلة بطريقة مختلفة

It turned out that more than 100 years of research

لقد تبين أن أكثر من 100 سنة من الأبحاث

on spinal cord physiology,

في فيزيولوجيا النخاع الشوكي

starting with the Nobel Prize Sherrington,

بدءأً من شيرينغتون الفائز بجائزة نوبل

had shown that

أظهرت أن

the spinal cord, below most injuries,

النخاع الشوكي أسفل مستوى الأذية

contained all the necessary and sufficient neural networks

يحتوي على جميع الشبكات العصبية اللازمة والكافية

to coordinate locomotion,

لتنسيق التحرك

but because input from the brain is interrupted,

ولكن نتيحة لقطع الأمر الوارد القادم من الدماغ

they are in a nonfunctional state, like kind of dormant.

فإنه في حالة عدم وظيفية, كأنها حالة من الهجوع

My idea: We awaken this network.

فكرتي كانت: أن نوقظ تلك الشبكة.

And at the time, I was a post-doctoral fellow in Los Angeles,

في تلك الفترة, كنت أقوم بالتدريب ما بعد الدكتوراة في لوس أنجيلوس

after completing my Ph.D. in France,

بعد أن أخذت شهادة الدكتوراة من فرنسا

where independent thinking

حيث يكون التفكير المستقل

is not necessarily promoted.

ليس بالضرورة مُـشجَّعاً

(Laughter)

(ضحك)

I was afraid to talk to my new boss,

كنت خائفاً من التحدث إلى رئيسي الجديد

but decided to muster up my courage.

ولكني قررت أن أستجمع شجاعتي.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

طرقت باب ناصحي الرائع

Reggie Edgerton, to share my new idea.

ريجي إدجرتون, لأشاركه فكرتي

He listened to me carefully,

استمع إلي بحرص

and responded with a grin.

ورد علي مبتسماً

"Why don't you try?"

" لم لا تحاول؟ "

And I promise to you,

وأقول لكم

this was such an important moment in my career,

كانت تلك لحظة مهمة في حياتي المهنية

when I realized that the great leader

عندما أدركت أن القائد العظيم

believed in young people and new ideas.

يؤمن بالشباب والأفكار الجديدة

And this was the idea:

وهنا كانت الفكرة:

I'm going to use a simplistic metaphor

سأقوم باستعمال تشبيه مبسّـط

to explain to you this complicated concept.

لأشرح لكم هذا المفهوم المعقد.

Imagine that the locomotor system is a car.

تخيلوا أن نظام التحريك هذا هو سيارة.

The engine is the spinal cord.

محرك السيارة هو النخاع الشوكي

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

تم قطع عملية الإرسال ولكن المحرك لا يزال يعمل

How could we re-engage the engine?

كيف يمكننا إعادة إشراك المحرك؟

First, we have to provide the fuel;

أولاً, علينا أن نقوم بتزويد الوقود

second, press the accelerator pedal;

ثانياُ, علينا الضغط على الدواسة

third, steer the car.

ثالثاً, نقود السيارة

It turned out that there are known neural pathways

لقد تبين أنه هناك سُـبُل عصبية

coming from the brain that play this very function

قادمة من الدماغ تلعب دوراً وظيفياً مهماً

during locomotion.

خلال التحرك.

My idea: Replace this missing input

فكرتي كانت أن نستبدل التنبيهات الواردة المفقودة

to provide the spinal cord

وذك بأن نزود النخاع الشوكي

with the kind of intervention

بنوع شبيه للتنبيه

that the brain would deliver naturally in order to walk.

الذي يقوم الدماغ بتوصيله في الحالة الطبيعية للقيام بالمشي

For this, I leveraged 20 years of past research in neuroscience,

لتحقيق هذا, قمت بالعودة إلى 20 سنة من الأبحاث في علم الأعصاب

first to replace the missing fuel

أولاً لاستبدال الوقود المفقود

with pharmacological agents

بعوامل دوائية

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

تقوم بتحضير الخلايا العصبية في النخاع الشوكي لإطلاق التنبيه

and second, to mimic the accelerator pedal

وثانياً, لتقليد دواسة الوقود

with electrical stimulation.

عن طريق التنبيه الكهربائي.

So here imagine an electrode

تخيلوا هنا الكتروداً

implanted on the back of the spinal cord

مزروعاً إلى الخلف من النخاع الشوكي

to deliver painless stimulation.

ليقوم بتوصيل تنبيه غير مؤلم.

It took many years, but eventually we developed

لقد استغرق الأمر سنوات, ولكننا في النهاية طورنا

an electrochemical neuroprosthesis

طُعماُ عصبياُ كهربائياً كيميائياً

that transformed the neural network

يستطيع تحويل الشبكة العصبية

in the spinal cord from dormant to a highly functional state.

في النخاع الشوكي من حالة هجوع إلى حالة عالية من الوظيفية.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

بشكل فوري, تمكن الفأر المشلول من الوقوف

As soon as the treadmill belt starts moving,

وحالما يبدأ لوح التدويس بالحركة

the animal shows coordinated movement of the leg,

فإن الحيوان يُظهر حركة متناسقة في الساقين

but without the brain.

من دون تدخل الدماغ.

Here what I call "the spinal brain"

هذا ما أدعوه بـ "الدماغ النخاعي"

cognitively processes sensory information

الذي يقوم بمعالجة المعلومات الحسية

arising from the moving leg

القادمة من الساق المتحركة

and makes decisions as to how to activate the muscle

ويقوم باتخاذ القرارات بهدف تفعيل العضلات

in order to stand, to walk, to run,

للقبام بالوقوف, المشي, الركض

and even here, while sprinting,

وحتى, كما نرى هنا, بينما الفأرة تركض

instantly stand

فإنها تقف بثبات

if the treadmill stops moving.

إذا توقف جهاز التدويس عن الحركة.

This was amazing.

كان هذا رائعاً

I was completely fascinated by this locomotion

كنت مفتوناً للغاية بهذا التحرك

without the brain,

من دون الدماغ

but at the same time so frustrated.

ولكنني كنت بنفس الوقت محبطاً للغاية

This locomotion was completely involuntary.

هذا التحرك هو تحرك لا إرادي بشكل كامل

The animal had virtually no control over the legs.

فالحيوان هنا كما هو مفترض لا يتحكم بساقيه.

Clearly, the steering system was missing.

كان واضحاً أن جهاز القيادة والتوجيه غائب

And it then became obvious from me

وعندها كان من الواضح لي

that we had to move away

أنه علينا أن نمضي قدماً

from the classical rehabilitation paradigm,

من نموذج إعادة التأهيل التقليدي

stepping on a treadmill,

القائم على الخطو على جهاز التدويس

and develop conditions that would encourage

وتطوير الحالات التي تشجع

the brain to begin voluntary control over the leg.

الدماغ ليبدأ بالتحرك الإرادي بالساق

With this in mind, we developed a completely new

مع إبقاء هذا في الذهن, قمنا بتطوير نظام

robotic system to support the rat

رويوتي جديد كلياً ليقوم بدعم الفأر

in any direction of space.

في أي اتجاه في الفضاء

Imagine, this is really cool.

تخيلوا, هذا ممتع للغاية

So imagine the little 200-gram rat

تخيلوا الفأر الصغير الذي يزن 200 غرام

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

وهو موصول عند أطرافه بروبوت يزن 200 كغ

but the rat does not feel the robot.

ولكن الفأر لا يشعر بالروبوت

The robot is transparent,

الروبوت كأنه خفي

just like you would hold a young child

كما لو كنت تحمل طفلاً صغيراً

during the first insecure steps.

عندما يخطو أولى خطواته الواهنة

Let me summarize: The rat received

دعوني ألخص: يتم إجراء

a paralyzing lesion of the spinal cord.

ضرر يشل في النخاع الشوكي للفأر.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

الطعم العصبي الكهربائي الكيميائي يقوم بإتاحة

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

حالة وظيفية عالية لشبكات التحرك في النخاع

The robot provided the safe environment

الروبوت يؤمن البيئة الآمنة

to allow the rat to attempt anything

التي تسمح للفأر للمحاولة بأي شيء

to engage the paralyzed legs.

ليتم إشراك الساقين المشلولتين

And for motivation, we used what I think

ومن أجل التحريض, قمنا باستخدام ما أعتقد

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

أنه أقوى منتج دوائي سويسري:

fine Swiss chocolate.

الشوكولا السويسرية

(Laughter)

(ضحك)

Actually, the first results were very, very,

في الحقيقة. النتائج الأولية كانت جداً جداً

very disappointing.

جداً محبطة.

Here is my best physical therapist

هنا ترون أفضل معالجة فيزيائية لدي

completely failing to encourage the rat

تفشل بشكل تام في تشجيع الفأر

to take a single step,

على القيام بخطوة واحدة

whereas the same rat, five minutes earlier,

بينما كان نفس الفأر, منذ خمس دقائق

walked beautifully on the treadmill.

يمشي بشكل جميل على جهاز التدويس.

We were so frustrated.

كنا محبطين للغاية.

But you know, one of the most essential qualities

ولكن كما تعلمون, واحدة من أكثر الصفات أساسية

of a scientist is perseverance.

لدى العالِـم هي المثابرة.

We insisted. We refined our paradigm,

أصرّينا. قمنا بصقل نموذجنا

and after several months of training,

وبعد عدة أشهر من التدريب

the otherwise paralyzed rat could stand,

الفأرة التي كانت مشلولة, استطاعت الوقوف

and whenever she decided,

ومتى ما قررت,

initiated full weight-bearing locomotion

أمكنها البدء بالتحرك حاملة بثقل جسدها

to sprint towards the rewards.

لتجري باتجاه المكافأة.

This is the first recovery ever observed

كان هذا أول تعافٍ تمت مشاهدته على الإطلاق

of voluntary leg movement

لحركات الساقين الإرادية

after an experimental lesion of the spinal cord

بعد إجراء أذية تجريبية في النخاع الشوكي

leading to complete and permanent paralysis.

أدت إلى شلل تام ودائم.

In fact --

في الحقيقة ...

(Applause)

(تصفيق)

Thank you.

شكراً.

In fact, not only could the rat initiate

في الحقيقة, الفأر لم يمكن فقط بإمكانه البدء

and sustain locomotion on the ground,

والاستمرار بالحركة على الأرض,

they could even adjust leg movement,

بل كان أيضاُ بإمكانه تعديل حركة ساقيه

for example, to resist gravity

مثلاً ليقاوم الجاذبية

in order to climb a staircase.

لكي يصعد الدرج

I can promise you this was

بإمكاني أن أخبركم أنها

such an emotional moment in my laboratory.

كانت لحظة عاطفية في مختبري.

It took us 10 years of hard work

استغرقت من 10 سنوات من العمل الشاق

to reach this goal.

لنصل إلى هذا الهدف

But the remaining question was, how?

ولكن السؤال المتبقي كان " كيف؟ "

I mean, how is it possible?

أعني كيف من الممكن حدوث هذا؟

And here, what we found

في الحقيقة ما وجدناه

was completely unexpected.

كان غير متوقع على الإطلاق

This novel training paradigm

نموذج التدريب هذا الجديد كلية

encouraged the brain to create new connections,

قام بتشجيع الدماغ للقيام باتصالات جديدة

some relay circuits

بعض الدارات المتناوبة

that relay information from the brain

التي تقوم بنقل المعلومات على مراحل من الدماغ

past the injury and restore cortical control

عابرة الإصابة ومستعيدة التحكم القشري

over the locomotor networks below the injury.

بشبكات التحريك تحت مستوى الإصابة.

And here, you can see one such example,

وهنا يمكنكم رؤية أحد الأمثلة

where we label the fibers coming from the brain in red.

حيث قمنا بتعليم الألياف القادمة من الدماغ باللون الأحمر

This blue neuron is connected with the locomotor center,

العصبون الأزرق هو متصل مع مركز التحريك

and what this constellation

وما تعنيه هذه المجموعة المتألقة

of synaptic contacts means

من الاتصالات المشبكية

is that the brain is reconnected with the locomotor center

هو إن الدماغ قد تم إعادة اتصاله مع مركز التحريك

with only one relay neuron.

بواسطة فقط عصبون متناوب واحد

But the remodeling was not restricted

ولكن نظام إعادة القولبة هذا هو ليس محدوداً

to the lesion area.

في المنطقة المصابة

It occurred throughout the central nervous system,

بل هو يحدث خلال الجملة العصبية المركزية

including in the brain stem,

بما فيها جذع الدماغ

where we observed up to 300-percent increase

حيث لاحظنا زيادة تصل لـ 300%

in the density of fibers coming from the brain.

في كثافة الألياف القادمة من الدماغ

We did not aim to repair the spinal cord,

نحن لم يكن هدفنا ترميم النخاع الشوكي,

yet we were able to promote

ومع ذلك استطعنا تحريض

one of the more extensive remodeling

واحد من أشمل نماذج إعادة هيكلة الاستطالات المحوارية

of axonal projections ever observed

التي تمت ملاحظتها على الإطلاق

in the central nervous system of adult mammal

في الجملة العصبية المركزية لدى الثديات البالغة

after an injury.

بعد حدوث إصابة.

And there is a very important message

وهنا تأتي رسالة في غاية الأهمية

hidden behind this discovery.

خلف هذا الاكتشاف.

They are the result of a young team

هذا الاكتشاف جاء نتيجة لعمل فريق شاب

of very talented people:

مكون من أشخاص موهوبين:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

معالجين فيزيائيين, اختصاصيي بيولوجيا أعصاب, جراحي أعصاب

engineers of all kinds,

مهندسين من كافة المجالات

who have achieved together

واللذين حققوا مجتمعين

what would have been impossible by single individuals.

ما كان من المستحيل تحقيقه بواسطة شخص واحد.

This is truly a trans-disciplinary team.

هذا بالفعل فريق متعدد وشامل التخصصات

They are working so close to each other

يعملون بشكل وثيق مع بعضهم البعض

that there is horizontal transfer of DNA.

وكأنه هناك نقل للـ DNA بشكل أفقي

We are creating the next generation

نحن حالياً نقوم بإنتاج الجيل الجديد

of M.D.'s and engineers

من الأطباء والمهندسين

capable of translating discoveries all the way

القادرين على ترجمة هذه الاكتشافات على طول الطريق

from bench to bedside.

بدءاً من المختبرات وانتهاءً بسرير المريض

And me?

بالإضافة إلي؟

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

أنا هو فقط المايسترو الذي يقوم بتوجيه الاوركسترا لعزف هذه السمفونية الرائعة.

Now, I am sure you are all wondering, aren't you,

الآن, أنا متأكد أنكم جميعاً تتساءلون, أليس كذلك؟

will this help injured people?

هل سيساعد هذا الأشخاص المصابين؟

Me too, every day.

أنا أيضاً, أتساءل كل يوم

The truth is that we don't know enough yet.

الحقيقة هي أننا حتى الآن لا نمتلك المعرفة الكافية.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

وهذا بالتأكيد ليس علاجاً لأذيات العمود الفقري

but I begin to believe that this may lead

ولكني بدأت أؤمن أن هذا قد يقود

to an intervention to improve recovery

إلى تداخل علاجي يحسن من التعافي لدى المرضى

and people's quality of life.

ونوعية حياتهم

I would like you all

أريد منكم جميعاً

to take a moment and dream with me.

أن تحلموا معي للحظة.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

تخبلوا شخصاً يعاني من إصابة في العمود الفقري.

After a few weeks of recovery,

بعد بضعة أسابيع من التعافي,

we will implant a programmable pump

سنقوم بزرع مضخة قابلة للبرمجة

to deliver a personalized pharmacological cocktail

لتقوم بتوصيل "كوكتيل من العوامل الدوائية الشخصية"

directly to the spinal cord.

بشكل مباشر إلى النخاع الشوكي.

At the same time, we will implant an electrode array,

بنفس الوقت, سنقوم بزرع نظام من الالكترودات

a sort of second skin

شيء مثل جلد ثانٍ

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

يغطي المنطقة من النخاع التي تتحكم بحركة الرجلين

and this array is attached to an electrical pulse generator

وهذا النطام موصول إلى مولد نبض كهربائي

that delivers stimulations that are tailored

يقوم بتوصيل التنبيهات المصممة

to the person's needs.

وفق احتياجات المريض.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

إن هذا سيحدد طعم عصبي كهربائي كيميائي مخصص

that will enable locomotion

يقوم بتمكين التحريك

during training with a newly designed supporting system.

خلال التدريب باستخدام نظام داعم مصمم حديثاً.

And my hope is that after several months of training,

وآمل أنه بعد عدة شهور من التدريب,

there may be enough remodeling of residual connection

سيكون هناك كمية كاقية من إعادة الاتصال متبقية

to allow locomotion without the robot,

لتسمح للقيام بالتحريك دون الحاجة للرويوت

maybe even without pharmacology or stimulation.

ربما حتى بدون أي تحريض أو دواء

My hope here is to be able to create

أملي هنا هو أن نكون قادرين على إنتاج

the personalized condition

الحالة الشخصية

to boost the plasticity of the brain

لندعـم مطاوعة ومرونة الدماغ

and the spinal cord.

والنخاع الشوكي.

And this is a radically new concept

وهذا هو مفهوم جديد جذرياً

that may apply to other neurological disorders,

قد يمكن تطبيقه في الاضطرابات العصبية الأخرى

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

الاصطلاح الذي استحدثته "الطعم العصبي الشخصي"

where by sensing and stimulating neural interfaces,

حيث يقوم باستشعار وتحريض التداخلات العصبية

I implanted throughout the nervous system,

والذي قمت بزرعه خلال الجهاز العصبي

in the brain, in the spinal cord,

في الدماغ, في النخاع الشوكي

even in peripheral nerves,

وحتى في الأعصاب المحيطية

based on patient-specific impairments.

وذلك حسب الأعاقة الموجودة لدى المريض

But not to replace the lost function, no --

ليس بقصد استبدال الوظيفة المفقودة, لا

to help the brain help itself.

بل لمساعدة الدماغ بمساعدة نفسه

And I hope this enticed your imagination,

كما آمل أن هذا سيدفعكم للتخيل,

because I can promise to you

لأنني أستطيع أن أعدكم

this is not a matter of whether this revolution will occur,

أننا لسنا بصدد هل ستحدث هذه الثورة أم لا

but when.

بل متى ستحدث

And remember, we are only as great

وتذكروا, نحن عظيمون بقدر تخيّـلنا

as our imagination, as big as our dream.

كبيرون بقدر أحلامنا

Thank you.

شكراً

(Applause)

(تصفيق)