Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Překladatel: Petr Jedelský Korektor: Oldřich Svoboda

I am a neuroscientist

Jsem neurovědec

with a mixed background in physics and medicine.

a moje vzdělání je kombinace fyziky a medicíny

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

Moje laboratoř ve Švýcarském federálním technologickém institutu

focuses on spinal cord injury,

se zaměřuje na poranění míchy,

which affects more than 50,000 people

což postihuje více než 50 tisíc lidí

around the world every year,

na celém světě každý rok

with dramatic consequences for affected individuals,

s dramatickými důsledky pro postižené,

whose life literally shatters

jejichž život je doslova rozbit na kusy

in a matter of a handful of seconds.

během pár sekund

And for me, the Man of Steel,

A pro mě, Železný muž,

Christopher Reeve,

Christopher Reeve,

has best raised the awareness

nejlépe přispěl k povědomí

on the distress of spinal cord injured people.

o problémech lidí s poraněním míchy.

And this is how I started my own personal journey

A to byl začátek mé osobní cesty

in this field of research,

na poli tohoto výzkumu,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

při práci pro Nadaci Christopher and Dana Reeve Foundation

I still remember this decisive moment.

Pamatuji si na rozhodující moment.

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

Byl to pro nás závěr jednoho normálního pracovního dne

with the foundation.

v nadaci.

Chris addressed us, the scientists and experts,

Chris se obrátil na nás vědce a odborníky

"You have to be more pragmatic.

"Musíte být mnohem pragmatičtější.

When leaving your laboratory tomorrow,

Až zítra půjdete z laboratoří,

I want you to stop by the rehabilitation center

chci, abyste se zastavili v rehabilitačním středisku

to watch injured people

a podívali se na pacienty

fighting to take a step,

bojující o každý krok

struggling to maintain their trunk.

pachtícími se, aby udrželi svůj trup.

And when you go home,

A až půjdete domů,

think of what you are going to change in your research

přemýšlejte, co uděláte ve svém výzkumu

on the following day to make their lives better."

další den, abyste zlepšili vyhlídky pacientů."

These words, they stuck with me.

Těchto slov se držím.

This was more than 10 years ago,

Uplynulo víc než deset let

but ever since, my laboratory has followed

ale od té doby moje laboratoř následovala

the pragmatic approach to recovery

pragmatický přístup k zotavení

after spinal cord injury.

po poškození míchy.

And my first step in this direction

A můj první krok v tomto směru

was to develop a new model of spinal cord injury

byl vývoj nového modelu poškození míchy,

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

který by lépe napodoboval klíčové vlastnosti lidského zranění

while offering well-controlled experimental conditions.

a zároveň umožňoval kontrolované experimentální podmínky.

And for this purpose, we placed two hemisections

A z toho důvodu jsme začali používat dva poloviční řezy

on opposite sides of the body.

na opačných stranách těla.

They completely interrupt the communication

Zcela přerušily komunikaci

between the brain and the spinal cord,

mezi mozkem a míchou,

thus leading to complete and permanent paralysis

čímž vedly k úplné a trvalé paralýze

of the leg.

nohou.

But, as observed, after most injuries in humans,

Ale u většiny poranění u lidí bylo pozorováno,

there is this intervening gap of intact neural tissue

že zůstává vmezeřený úsek nepoškozené nervové tkáně

through which recovery can occur.

která může zajistit zahojení.

But how to make it happen?

Jak to zajistit?

Well, the classical approach

Klasický přístup

consists of applying intervention

využívá zásah,

that would promote the growth of the severed fiber

který podpoří růst přerušených vláken

to the original target.

k původnímu cíli.

And while this certainly remained the key for a cure,

A přestože to jistě je klíč k léčbě,

this seemed extraordinarily complicated to me.

zdálo se mi to neuvěřitelně komplikované.

To reach clinical fruition rapidly,

Aby práce brzy přinesla ovoce,

it was obvious:

bylo zřejmé

I had to think about the problem differently.

Musím jít na problém jinak.

It turned out that more than 100 years of research

Ukázalo se, že více než sto let výzkumu

on spinal cord physiology,

fyziologie míchy

starting with the Nobel Prize Sherrington,

počínaje tím, že Sherrington získal Nobelovu cenu,

had shown that

se ukázalo, že

the spinal cord, below most injuries,

mícha při většině zranění

contained all the necessary and sufficient neural networks

obsahovala všechny nezbytné a postačující neurální sítě

to coordinate locomotion,

ke koordinaci lokomoce.

but because input from the brain is interrupted,

ale jelikož je přerušeno spojení s mozkem,

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

jsou v nefunkčním stavu, jakoby uspané.

My idea: We awaken this network.

Můj nápad: Probudíme tuto síť

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

A v době, když jsem byl na post-docu v Los Angeles,

after completing my Ph.D. in France,

po doktorátu ve Francii,

where independent thinking

kde nezávislé myšlení

is not necessarily promoted.

není vždycky vítáno.

(Laughter)

(smích)

I was afraid to talk to my new boss,

Bál jsem se to říci novému šéfovi,

but decided to muster up my courage.

ale sebral jsem odvahu

I knocked at the door of my wonderful advisor,

Zaklepal jsem na dveře svého úžasného konzultanta,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

a svěřil jsem se s nápadem Reggiemu Edgertonovi.

He listened to me carefully,

Pečlivě mě vyslechl

and responded with a grin.

a s úsměvem odpověděl:

"Why don't you try?"

"Proč to nezkusíš?"

And I promise to you,

A řeknu vám,

this was such an important moment in my career,

tohle byl tak moc důležitý moment v mé kariéře,

when I realized that the great leader

když jsem zjistil, že ten velký šéf

believed in young people and new ideas.

věří v mladé lidi a nové myšlenky.

And this was the idea:

A ta myšlenka vypadala takhle:

I'm going to use a simplistic metaphor

Použiju zjednodušující příměr

to explain to you this complicated concept.

k vysvětlení komplikované myšlenky.

Imagine that the locomotor system is a car.

Představte si, že pohybový systém je auto.

The engine is the spinal cord.

A mícha představuje motor.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

Převodovka je odpojená. Motor je vypnutý.

How could we re-engage the engine?

Jak může znovu spustit motor?

First, we have to provide the fuel;

Zaprvé: musíme doplnit palivo,

second, press the accelerator pedal;

zadruhé: sešlápneme plyn,

third, steer the car.

zatřetí: řídíme auto.

It turned out that there are known neural pathways

Ukázalo se, že jsou známy nervové dráhy,

coming from the brain that play this very function

které vedou z mozku a plní tu samou funkci

during locomotion.

při lokomoci.

My idea: Replace this missing input

Moje myšlenka: Vyměnit chybějící podnět

to provide the spinal cord

a dodat míše

with the kind of intervention

stejný podnět,

that the brain would deliver naturally in order to walk.

co by mozek vysílal s cílem normálně chodit.

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

Využil jsem uplynulých dvacet let výzkumu v neurovědách

first to replace the missing fuel

nejprve k nahrazení chybějícího paliva

with pharmacological agents

farmaceutickými látkami,

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

které připraví míšní neurony k signalizaci

and second, to mimic the accelerator pedal

a zadruhé k napodobení plynového pedálu

with electrical stimulation.

elektrickou stimulací.

So here imagine an electrode

Tady si představte elektrodu

implanted on the back of the spinal cord

implantovanou na zadní straně míchy

to deliver painless stimulation.

k zajištění bezbolestní stimulace.

It took many years, but eventually we developed

Trvalo to dlouho, ale nakonec jsme vyvinuli

an electrochemical neuroprosthesis

elektrochemickou protézu,

that transformed the neural network

která mění nervové sítě

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

v míše ze spících na vysoce funkční.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

Paralyzovaný potkan může okamžitě stát.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Jakmile se běžící pás začne pohybovat,

the animal shows coordinated movement of the leg,

zvíře začne koordinovaný pohyb nohy

but without the brain.

ale bez mozku.

Here what I call "the spinal brain"

Tady to, čemu říkám "míšní mozek"

cognitively processes sensory information

zpracovává informace

arising from the moving leg

přicházející z pohybující se nohy

and makes decisions as to how to activate the muscle

a určuje, jak aktivovat svaly

in order to stand, to walk, to run,

k zajištění stoje, chůze, běhu,

and even here, while sprinting,

dokonce i tady, během sprintu

instantly stand

okamžitě zastavit

if the treadmill stops moving.

když se běžící pás zastaví.

This was amazing.

To bylo neuvěřitelné.

I was completely fascinated by this locomotion

Byl jsem úplně fascinovaný lokomocí

without the brain,

bez zapojení mozku,

but at the same time so frustrated.

ale zároveň i hrozně frustrovaný.

This locomotion was completely involuntary.

Lokomoce byla zcela mimovolní.

The animal had virtually no control over the legs.

Zvíře nemělo téměř žádnou kontrolu nad svýma nohama.

Clearly, the steering system was missing.

Zcela zjevně chyběl řídící systém.

And it then became obvious from me

A přišlo mi zcela zřejmé,

that we had to move away

že se musíme pohnout

from the classical rehabilitation paradigm,

od klasického paradigmatu rehabilitace

stepping on a treadmill,

kráčení po běžícím pásu

and develop conditions that would encourage

a najít podmínky, které by podpořily

the brain to begin voluntary control over the leg.

mozek ve volní kontrole nohou.

With this in mind, we developed a completely new

Měli jsme to na paměti, když jsem vyvinuli zcela nový

robotic system to support the rat

robotický systém opory potkana

in any direction of space.

v kterémkoli směru v prostoru.

Imagine, this is really cool.

Představte si to. Je to vychytávka.

So imagine the little 200-gram rat

Představte si dvousetgramového potkana

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

uchyceného v blízkosti tohoto dvousetkilového robota,

but the rat does not feel the robot.

ale potkan nevnímá robota.

The robot is transparent,

Robot je průhledný

just like you would hold a young child

stejně jako když jste přidržovali batole

during the first insecure steps.

během jeho prvních nejistých krůčků.

Let me summarize: The rat received

Abych to shrnul: Potkanovi jsme provedli

a paralyzing lesion of the spinal cord.

lézi paralyzující míchu.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

Elektrochemická neuroprotéza umožnila

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

plnou funkci míšních lokomočních drah.

The robot provided the safe environment

Robot poskytl bezpečné prostředí

to allow the rat to attempt anything

a umožnil potkanovi provádět cokoli

to engage the paralyzed legs.

k zapojení paralyzovaných nohou.

And for motivation, we used what I think

A jako motivaci jsme využili něco, o čem si myslím,

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

že je to nejsilnější farmakum ve Švýcarsku:

fine Swiss chocolate.

jemnou švýcarskou čokoládu.

(Laughter)

(smích)

Actually, the first results were very, very,

První výsledky byly sice velikým, velikým

very disappointing.

velikým zklamáním.

Here is my best physical therapist

Tady je můj nejlepší fyzioterapeut

completely failing to encourage the rat

když úplně pohořel v podněcování potkana,

to take a single step,

aby udělal aspoň krok,

whereas the same rat, five minutes earlier,

přestože tentýž potkan o pět minut dřív

walked beautifully on the treadmill.

krásně chodil na pásu.

We were so frustrated.

Byli jsme hrozně frustrovaní.

But you know, one of the most essential qualities

Ale jak asi víte, jedna ze základních vlastností

of a scientist is perseverance.

vědce je trpělivost.

We insisted. We refined our paradigm,

Vytrvali jsme. Předefinovali jsme zadání

and after several months of training,

a po několik měsících tréninku

the otherwise paralyzed rat could stand,

jinak paralyzovaný potkan mohl stát

and whenever she decided,

a kdykoli se rozhodl,

initiated full weight-bearing locomotion

pustil se do pohybu s plnou vahou

to sprint towards the rewards.

a sprintoval pro odměnu.

This is the first recovery ever observed

Toto je první pozorované obnovení

of voluntary leg movement

volního pohybu nohou

after an experimental lesion of the spinal cord

po experimentálním poškození míchy

leading to complete and permanent paralysis.

vedoucí k úplné a trvalé paralýze.

In fact --

Ve skutečnosti --

(Applause)

(potlesk)

Thank you.

Děkuji.

In fact, not only could the rat initiate

Ve skutečnosti se potkan mohl pustit

and sustain locomotion on the ground,

a udržovat pohyb na zemi,

they could even adjust leg movement,

ale dokonce přizpůsobit pohyb nohou

for example, to resist gravity

například k překonání gravitace

in order to climb a staircase.

k vyšplhání po schodišti.

I can promise you this was

Můžu vám říct, že tohle

such an emotional moment in my laboratory.

byla u mě v laboratoři velice emotivní chvíle.

It took us 10 years of hard work

Zabralo to deset let tvrdé práce

to reach this goal.

k dosažení tohoto cíle.

But the remaining question was, how?

Ale zbývala otázka, jak?

I mean, how is it possible?

Jak je tohle možné?

And here, what we found

A tady jsme našli něco

was completely unexpected.

zcela nečekaného.

This novel training paradigm

Nový tréningový plán

encouraged the brain to create new connections,

podnítil mozek k vytvoření nových spojení,

some relay circuits

řídících drah

that relay information from the brain

které zpracovávají informace z mozku

past the injury and restore cortical control

a umožňují překonat zranění a získat kontrolu mozku

over the locomotor networks below the injury.

nad lokomočními drahami vzdálenějšími, než je zranění.

And here, you can see one such example,

A tady vidíte takový příklad,

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

kde jsou vlákna vedoucí z mozku označena červeně.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Tento modrý neuron je propojen s lokomočním centrem

and what this constellation

a toto uspořádání

of synaptic contacts means

synaptických spojů znamená,

is that the brain is reconnected with the locomotor center

že mozek je znovu propojen s lokomočním centrem

with only one relay neuron.

prostřednictvím jediného neuronu.

But the remodeling was not restricted

Ale remodelace není omezena

to the lesion area.

jen na oblast léze.

It occurred throughout the central nervous system,

Ukázalo se to v celém centrálním nervovém systému,

including in the brain stem,

včetně mozkového kmene,

where we observed up to 300-percent increase

kde jsme pozorovali trojnásobný nárůst

in the density of fibers coming from the brain.

hustoty nervových vláken přicházejícím z mozku.

We did not aim to repair the spinal cord,

Neměli jsme v plánu opravit míchu,

yet we were able to promote

ale byli jsme schopni podpořit

one of the more extensive remodeling

velice rozsáhlou remodelaci

of axonal projections ever observed

axonů, která byla kdy pozorována

in the central nervous system of adult mammal

v centrálním nervovém systému dospělého zvířete

after an injury.

po úraze.

And there is a very important message

A velmi důležitá zpráva

hidden behind this discovery.

skrytá za tímto objevem

They are the result of a young team

Je to výsledek mladého týmu

of very talented people:

velmi talentovaných lidí:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

fyzioterapeutů, neorobiologů, neurochirurgů,

engineers of all kinds,

techniků různých specializací,

who have achieved together

kteří společně dosáhli

what would have been impossible by single individuals.

něčeho, co by pro jednotlivce bylo nedosažitelné.

This is truly a trans-disciplinary team.

Je to multidisciplinární tým

They are working so close to each other

Pracují tak těsně,

that there is horizontal transfer of DNA.

že dochází k horizontálnímu přenosu DNA :D

We are creating the next generation

Vytváříme novou generaci

of M.D.'s and engineers

MUDrů a inženýrů

capable of translating discoveries all the way

schopných posouvat objevy

from bench to bedside.

od laboratorního stolu k nemocničnímu lůžku.

And me?

A já?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Já jsem mistr, který zkomponoval tuto překrásnou symfonii.

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

A teď si asi říkáte,

will this help injured people?

pomůže tohle léčit zraněné lidi?

Me too, every day.

To si taky říkám, každý den.

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

Pravdou je, že zatím toho nevíme dost.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

Tohle rozhodně není léčba zranění míchy,

but I begin to believe that this may lead

ale myslím si, že tohle povede

to an intervention to improve recovery

k zákrokům, které zlepší zhojení

and people's quality of life.

a zlepší kvalitu života zraněných.

I would like you all

Přeju si, abyste všichni

to take a moment and dream with me.

na chvilku snili se mnou.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Představte si, že člověk právě utrpěl zranění míchy.

After a few weeks of recovery,

A po pár týdnech léčby

we will implant a programmable pump

mu implantujeme programovatelnou pumpu

to deliver a personalized pharmacological cocktail

dávkující individuálně namíchaný koktejl léků

directly to the spinal cord.

přímo do míchy.

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

Ve stejné době implantujeme sadu elektrod,

a sort of second skin

něco jako druhou kůži

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

pokrývající oblast míchy, která ovládá pohyb nohou

and this array is attached to an electrical pulse generator

a tyto elektrody budou připojeny ke zdroji elektrických pulsů,

that delivers stimulations that are tailored

který umožní stimulaci přímo na míru

to the person's needs.

pacienta.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Tohle je definice individuální elektrochemické neuroprotézy,

that will enable locomotion

která umožní lokomoci

during training with a newly designed supporting system.

během tréninku s nově navrženým podpůrným systémem.

And my hope is that after several months of training,

A já věřím, že za pár měsíců tréninku

there may be enough remodeling of residual connection

dojde k dostatečné remodelaci zbývajícího propojení,

to allow locomotion without the robot,

co umožní pohyb bez robota,

maybe even without pharmacology or stimulation.

možná i bez farmak nebo stimulace.

My hope here is to be able to create

Věřím, že budeme schopni zajistit

the personalized condition

individuální podmínky

to boost the plasticity of the brain

pro nakopnutí plasticity mozku

and the spinal cord.

a míchy

And this is a radically new concept

A toto může být zcela nový koncept,

that may apply to other neurological disorders,

který se může uplatnit i u jiných neurologických nemocí,

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

což nazývám "individuální neuroprotetika",

where by sensing and stimulating neural interfaces,

kdy snímáním a stimulováním neurálních rozhraní

I implanted throughout the nervous system,

implantovaných do nervového systému,

in the brain, in the spinal cord,

do mozku, do míchy,

even in peripheral nerves,

i do periferních nervů,

based on patient-specific impairments.

na základě specifických potřeb pacienta.

But not to replace the lost function, no --

Ale ne k nahrazení poškozené funkce, to ne --

to help the brain help itself.

ale pomoci mozku, ať si pomůže sám.

And I hope this enticed your imagination,

A doufám, že to podnítilo Vaši představivost,

because I can promise to you

protože Vám můžu říci,

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

že to není otázkou, zda se tato revoluce uskuteční,

but when.

ale kdy.

And remember, we are only as great

A pamatujte, že jsme pouze tak skvělí,

as our imagination, as big as our dream.

jako je naše představivost, jak veliký je náš sen.

Thank you.

Děkuji.

(Applause)

(potlesk)