Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Translator: Christiana Blagoeva Reviewer: Yavor Ivanov

I am a neuroscientist

Аз съм учен-невролог

with a mixed background in physics and medicine.

с опит както във физиката, така и в медицината.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

Моята лаборатория се намира в Швейцарския федерален технологичен институт.

focuses on spinal cord injury,

Специализирала се е върху уврежданията на гръбначния мозък,

which affects more than 50,000 people

които засягат повече от 50 000 души

around the world every year,

по целия свят всяка година

with dramatic consequences for affected individuals,

и които са с драматични последици за засегнатите,

whose life literally shatters

чиито живот буквално се разбива

in a matter of a handful of seconds.

за няколко секунди.

And for me, the Man of Steel,

За мен, Мъжът от стомана,

Christopher Reeve,

Кристофър Рийв,

has best raised the awareness

най-добре насочи вниманието

on the distress of spinal cord injured people.

към страданието на хората с увреден гръбначен мозък.

And this is how I started my own personal journey

Моето лично професионално пътешествие

in this field of research,

в тази изследователска област,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

започна работейки с Фондацията на Кристофър и Дана Рийв.

I still remember this decisive moment.

Още помня този съдбоносен момент.

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

Беше в края на един обикновен работен ден

with the foundation.

във фондацията.

Chris addressed us, the scientists and experts,

Крис се обърна към нас, учени и експерти, с думите

"You have to be more pragmatic.

"Вие трябва да бъдете по-прагматични.

When leaving your laboratory tomorrow,

Когато си тръгнете утре от Вашата лаборатория,

I want you to stop by the rehabilitation center

искам да спрете край някой рехабилитационен център,

to watch injured people

за да наблюдавате как пострадалите хора

fighting to take a step,

се борят да направят крачка,

struggling to maintain their trunk.

полагат усилия да управляват тялото си.

And when you go home,

Когато се приберете у дома,

think of what you are going to change in your research

помислете как на другия ден ще промените Вашите изследвания,

on the following day to make their lives better."

за да направите живота на тези хора по-добър."

These words, they stuck with me.

Тези думи заседнаха в мен.

This was more than 10 years ago,

Това се случи преди повече от 10 години,

but ever since, my laboratory has followed

но оттогава моята лаборатория следва

the pragmatic approach to recovery

прагматичния подход към възстановяването

after spinal cord injury.

вследствие травма на гръбначния стълб.

And my first step in this direction

Моята първа крачка в тази посока

was to develop a new model of spinal cord injury

беше да създам нов модел на увреждане на гръбначния стълб,

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

който би имитирал съвсем точно някои от ключовите симптоми на хора с травма,

while offering well-controlled experimental conditions.

като същевременно позовлява добър контрол на експерименталните условия.

And for this purpose, we placed two hemisections

Затова ние разделихме двете хемисфери

on opposite sides of the body.

на противоположните страни на тялото.

They completely interrupt the communication

Те напълно нарушиха комуникацията

between the brain and the spinal cord,

между мозъка и гръбначния стълб,

thus leading to complete and permanent paralysis

водейки до пълна и постоянна парализа

of the leg.

на краката.

But, as observed, after most injuries in humans,

Наблюдавахме, че след повечето травми при хора

there is this intervening gap of intact neural tissue

съществува зона от незасегната нервна тъкан,

through which recovery can occur.

посредством която може да се случи възстановяването.

But how to make it happen?

Но как да го направим?

Well, the classical approach

Класическият подход

consists of applying intervention

се състои в прилагане на интервенция,

that would promote the growth of the severed fiber

която би стимулирала растежа на увредена тъкан

to the original target.

доколкото е необходимо.

And while this certainly remained the key for a cure,

Докато това със сигурност оставаше ключът за лечението,

this seemed extraordinarily complicated to me.

на мен ми изглеждаше невероятно сложно.

To reach clinical fruition rapidly,

За да се постигне бърз клиничен растеж

it was obvious:

беше ясно:

I had to think about the problem differently.

трябваше да разсъждавам върху проблема по различен начин.

It turned out that more than 100 years of research

Оказа се, че повече от 100 години изследвания

on spinal cord physiology,

на физиологията на гръбначния мозък,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

започвайки от носителя на Нобелова награда Шерингтон,

had shown that

доказват, че

the spinal cord, below most injuries,

гръбначният мозък, сред останалите наранявания,

contained all the necessary and sufficient neural networks

притежава всички необходими и достатъчни невронни мрежи

to coordinate locomotion,

за да координира двигателния апарат,

but because input from the brain is interrupted,

но поради нарушена връзка с главния мозък,

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

те са в не-функциониращо състояние, подобно на сън.

My idea: We awaken this network.

Моята идея: да събудим тази мрежа.

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

По това време бях степендиант в Лос Анджелис,

after completing my Ph.D. in France,

след като бях защитил докторантура във Франция,

where independent thinking

където независимото мислене

is not necessarily promoted.

не винаги се насърчава.

(Laughter)

(смях)

I was afraid to talk to my new boss,

Притеснявах се да говоря с новия си шеф,

but decided to muster up my courage.

но реших да събера кураж.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

Почуках на вратата на моя прекрасен наставник,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

Реджи Едгертон, за да му споделя идеята си.

He listened to me carefully,

Той ме изслуша внимателно

and responded with a grin.

и се ухили.

"Why don't you try?"

"Защо не опиташ?"

And I promise to you,

Казвам ви,

this was such an important moment in my career,

това беше важен момент в моята кариера,

when I realized that the great leader

защото осъзнах, че великите лидери

believed in young people and new ideas.

вярват на младите хора и новите идеи.

And this was the idea:

Идеята беше:

I'm going to use a simplistic metaphor

ще използвам проста метафора,

to explain to you this complicated concept.

за да ви обясня тази сложна концепция.

Imagine that the locomotor system is a car.

Представете си, че "двигателната система" е кола.

The engine is the spinal cord.

Двигателят е гръбначния мозък.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

Предаването е нарушено. Двигателят е изключен.

How could we re-engage the engine?

Как може да запалим отново двигателя?

First, we have to provide the fuel;

Първо, като осигурим гориво.

second, press the accelerator pedal;

Второ, като натиснем педала на газта.

third, steer the car.

И трето, насочим колата.

It turned out that there are known neural pathways

Оказа се, че същестуват невронни пътеки,

coming from the brain that play this very function

излизащи от главния мозък, които изпълняват тази функция

during locomotion.

по време на движение.

My idea: Replace this missing input

Моята идея: да заместим липсващия сигнал,

to provide the spinal cord

да подсигурим гръбначния мозък

with the kind of intervention

с необходимата интервенция

that the brain would deliver naturally in order to walk.

така че главният мозък по естествен път да подава сигнал за движение.

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

Аз вложих 20 години изследвания в неврологията, за да постигна това.

first to replace the missing fuel

Първо да заменя лиспващото гориво

with pharmacological agents

с фармакологични агенти,

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

които да подготвят невроните в гръбначния стълб да "запалят".

and second, to mimic the accelerator pedal

И второ, да имитирам педала за газта

with electrical stimulation.

с електрическа стимулация.

So here imagine an electrode

Представете си електрод,

implanted on the back of the spinal cord

имплантиран в гръбначния стълб,

to deliver painless stimulation.

който доставя безболезнена стимулация.

It took many years, but eventually we developed

Отне много години, но накрая създадохме

an electrochemical neuroprosthesis

електрохимични нервопротези,

that transformed the neural network

които преобразуваха невронната мрежа

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

в гръбначния стълб от "спяща" на "високо функционална".

Immediately, the paralyzed rat can stand.

Парализираният плъх можеше веднага да се изправи.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Веднага след като коланът за движение се включеше,

the animal shows coordinated movement of the leg,

животното демонстрираше координирани движения на краката

but without the brain.

без участието на мозъка.

Here what I call "the spinal brain"

Това, което наричам "гръбначен мозък",

cognitively processes sensory information

познавателно обработва сензорната информация,

arising from the moving leg

постъпваща от движещия се крак

and makes decisions as to how to activate the muscle

и взема решения как да активира мускула,

in order to stand, to walk, to run,

така че той да се изправи, ходи или тича.

and even here, while sprinting,

Дори тук, докато спринтира,

instantly stand

мускулът незабавно спира,

if the treadmill stops moving.

ако коланът спре да се движи.

This was amazing.

Беше удивително.

I was completely fascinated by this locomotion

Аз бях напълно очарован от това движение

without the brain,

без участието на мозъка,

but at the same time so frustrated.

но и разстроен в същото време.

This locomotion was completely involuntary.

Това движение беше напълно принудително.

The animal had virtually no control over the legs.

На практика, животното нямаше контрол върху краката си.

Clearly, the steering system was missing.

Очевидно "кормилната система" отсъстваше.

And it then became obvious from me

Стана ми ясно,

that we had to move away

че трябва да се отдалечим

from the classical rehabilitation paradigm,

от класическата рехабилитационна парадигма,

stepping on a treadmill,

да засилим пътеката за бягане

and develop conditions that would encourage

и да създадем условия, които биха насърчили

the brain to begin voluntary control over the leg.

мозъка да започне да оказва доброволен контрол върху краката.

With this in mind, we developed a completely new

За тази цел ние създадохме напълно нова

robotic system to support the rat

система-робот, която да подкрепя плъха

in any direction of space.

във всяко едно измерение.

Imagine, this is really cool.

Представе си колко страхотно е това.

So imagine the little 200-gram rat

Малък 200-грамов плъх

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

прикрепен напълно до 200 килограмов робот,

but the rat does not feel the robot.

който обаче плъхът не усеща.

The robot is transparent,

Роботът е прозрачен.

just like you would hold a young child

Точно както Вие държите малко дете

during the first insecure steps.

по време на първите му несигурни крачки.

Let me summarize: The rat received

Нека обобщя: плъхът е получил

a paralyzing lesion of the spinal cord.

парализираща увреда на гръбначния стълб.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

Електрохимичната нервопротеза позволява

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

високо-функционално състояние на гръбначната двигателна мрежа.

The robot provided the safe environment

Роботът осигурява защитена среда,

to allow the rat to attempt anything

която позволява плъхът да опита всичко,

to engage the paralyzed legs.

за да задвижи парализираните си крайници.

And for motivation, we used what I think

За мотивация ние използвахме нещо,

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

което според мен е най-мощното лекарство на Швейцария:

fine Swiss chocolate.

швейцарският шоколад.

(Laughter)

(смях)

Actually, the first results were very, very,

Всъщност, първите резултати бяха много, много,

very disappointing.

много разочароващи.

Here is my best physical therapist

Тук виждате моя най-добър физиотерапевт

completely failing to encourage the rat

да се проваля напълно в опита си да окуражи плъха

to take a single step,

да направи една крачка.

whereas the same rat, five minutes earlier,

Същият плъх, пет минути по-късно,

walked beautifully on the treadmill.

се разхожда красиво по бягащата пътечка.

We were so frustrated.

Ние бяхме толкова фрустрирани.

But you know, one of the most essential qualities

Знаете, че едно от най-важните качества

of a scientist is perseverance.

на учения е постоянството.

We insisted. We refined our paradigm,

Бяхме упорити. Подобрихме нашата парадигма

and after several months of training,

и след няколко месеца тренировки,

the otherwise paralyzed rat could stand,

иначе парализираният плъх можеше да се изправи

and whenever she decided,

и когато реши

initiated full weight-bearing locomotion

да напарви пълноценни натоварващи движения,

to sprint towards the rewards.

да тича към наградата.

This is the first recovery ever observed

Това е първото възстановяване наблюдавано някога

of voluntary leg movement

на съзнателно движение на крак

after an experimental lesion of the spinal cord

след експериментална увреда на гръбначен стълб,

leading to complete and permanent paralysis.

водеща до пълна и постоянна парализа.

In fact --

В действителност,

(Applause)

(ръкопляскане)

Thank you.

Благодаря Ви.

In fact, not only could the rat initiate

В действителност, плъхът можеше не само да инициира

and sustain locomotion on the ground,

и поддържа движение на земята,

they could even adjust leg movement,

но и дори да приспособи движението на краката си

for example, to resist gravity

така че да устои на гравитацията, например,

in order to climb a staircase.

за да изкачи стълби.

I can promise you this was

Заклевам се това беше

such an emotional moment in my laboratory.

много емоционален момент в моята лаборатория.

It took us 10 years of hard work

Отне ни 10 години тежка работа,

to reach this goal.

за да постигнем тази цел.

But the remaining question was, how?

Но въпросът, който оставаше, беше как?

I mean, how is it possible?

Имам предвид, как е възможно?

And here, what we found

Това, което открихме

was completely unexpected.

беше напълно неочаквано.

This novel training paradigm

Тази нова парадигма на трениране,

encouraged the brain to create new connections,

насърчаваше мозъка да създаде нови връзки,

some relay circuits

енергийни вериги,

that relay information from the brain

които да пренасят информация от мозъка

past the injury and restore cortical control

през травмата и да възстановяват кортикалния контрол

over the locomotor networks below the injury.

на двигателните мрежи под нея.

And here, you can see one such example,

Тук можете да видите това примерно

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

където сме маркирали влакната, идващи от мозъка в червено.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Този син неврон е сързан с двигателния център

and what this constellation

и това, което кълбото

of synaptic contacts means

от синаптични връзки означава,

is that the brain is reconnected with the locomotor center

е че мозъкът е свързан отново с двигателния център,

with only one relay neuron.

посредством само един спомагателен неврон.

But the remodeling was not restricted

Повтарянето на работния модел не беше ограничено

to the lesion area.

в увредената област.

It occurred throughout the central nervous system,

Той се срещаше из цялата централна нервна система,

including in the brain stem,

включително мозъчния ствол,

where we observed up to 300-percent increase

където наблюдавахме до 300 % нарастване

in the density of fibers coming from the brain.

на гъстотата на влакната, идващи от мозъка.

We did not aim to repair the spinal cord,

Ние нямахме за цел да възстановим гръбначния стълб,

yet we were able to promote

но въпреки това бяхме способни да произведем

one of the more extensive remodeling

един от най-наситените модели

of axonal projections ever observed

на предаване на аксони наблюдавано някога

in the central nervous system of adult mammal

в централната нервна система на възрастен бозайник

after an injury.

след травма.

And there is a very important message

Много важно послание е

hidden behind this discovery.

скрито в това откритие.

They are the result of a young team

Това е резултат от работата на млад екип

of very talented people:

от много талантливи хора:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

физиотерапевти, невробиолози, нервохирурзи

engineers of all kinds,

и различни инженери,

who have achieved together

които постигнаха заедно

what would have been impossible by single individuals.

това, което би било невъзможно от отделния индивид.

This is truly a trans-disciplinary team.

Това е един истински междудисциплинарен екип.

They are working so close to each other

Те работят толкова близко един до друг,

that there is horizontal transfer of DNA.

че има хоризонтален пренос на ДНК.

We are creating the next generation

Ние създаваме следващото поколение

of M.D.'s and engineers

от лекари и инженери,

capable of translating discoveries all the way

способни да пренасят напълно откритията

from bench to bedside.

от скамейката до леглото.

And me?

Аз?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Аз съм само диригентът, който дирижираше тази красива симфония.

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

Съгурен съм, че сега се питате

will this help injured people?

дали това откритие ще помогне на увредените хора?

Me too, every day.

Аз също. Всеки ден.

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

Истината е, че ние все още не знаем достатъчно.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

Нашето откритие със сигурност не е лек за травмите на гръбначния стълб,

but I begin to believe that this may lead

но аз започвам да вярвам, че то може да доведе

to an intervention to improve recovery

до интервенция, която да подобри възстановяването

and people's quality of life.

и качеството на живот на хората.

I would like you all

Бих искал всички вие

to take a moment and dream with me.

да отделите малко време, за да помечтаете с мен.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Представете си човек, който е преживял травма на гръбначния мозък.

After a few weeks of recovery,

След няколко седмици на възстановяване,

we will implant a programmable pump

ние ще му имплантираме програмираща помпа

to deliver a personalized pharmacological cocktail

за да му влива персонализиран фармакологичен коктейл

directly to the spinal cord.

директно в гръбначния стълб.

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

По същото време ще му имплантираме и електроден масив,

a sort of second skin

наподобяващ втора кожа,

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

покривайки областта от гръбначния стълб и контролирайки движението на краката.

and this array is attached to an electrical pulse generator

Този масив е свързан с генератор на електрически импулси,

that delivers stimulations that are tailored

който предава стимулации в зависимост

to the person's needs.

от нуждите на човека.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Тази персонализирана електрохимична нервопротеза

that will enable locomotion

ще позволи движението

during training with a newly designed supporting system.

по време на тренировка с новосъздадена помощна система.

And my hope is that after several months of training,

Моята надежда е, че след няколко месеца тренировки

there may be enough remodeling of residual connection

може да има достатъчно ре-модилиране на остатъчните връзки,

to allow locomotion without the robot,

за да се позволи движение без робот,

maybe even without pharmacology or stimulation.

може би дори без фармакология или стимулация.

My hope here is to be able to create

Моята надеждажда е да успеем да създадем

the personalized condition

персонализирано състояние

to boost the plasticity of the brain

за повишаване на пластичността на мозъка

and the spinal cord.

и гръбначния стълб.

And this is a radically new concept

Това е изцяло нова концепция,

that may apply to other neurological disorders,

която може да се приложи и за други неврологични нарушения.

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

Аз я нарекох "персонализирана нервопротеза",

where by sensing and stimulating neural interfaces,

където чрез усещане и стимулиране на невронните допирателни,

I implanted throughout the nervous system,

които имплантирах по цялата нервна система -

in the brain, in the spinal cord,

в мозъка, гръбначния стълб,

even in peripheral nerves,

дори в периферните нерви -

based on patient-specific impairments.

въз основа на специфичните нарушения при пациента.

But not to replace the lost function, no --

Но не за да заменя изгубената функция. Съвсем не.

to help the brain help itself.

За да помогна на мозъка да си помогне сам.

And I hope this enticed your imagination,

Надявам се това да привлече въображението ви,

because I can promise to you

защото ви обещавам,

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

това не е въпрос дали тази революция ще се случи,

but when.

а кога.

And remember, we are only as great

И помнете. Ние сме толкова велики

as our imagination, as big as our dream.

колкото нашето въображение. Толкова големи, колкото нашите мечти.

Thank you.

Благодаря Ви!

(Applause)

(ръкопляскане)