Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Kääntäjä: Yrjö Immonen Oikolukija: Outi Iivonen

I am a neuroscientist

Olen neurotieteilijä,

with a mixed background in physics and medicine.

takanani sekä fysiikan että lääketieteen opintoja.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

Laboratorioni Sveitsin polyteknisessä instituutissa

focuses on spinal cord injury,

on keskittynyt selkäydinvammoihin,

which affects more than 50,000 people

joista kärsii yli 50 000 ihmistä

around the world every year,

kaikkialla maailmassa, joka vuosi,

with dramatic consequences for affected individuals,

aiheuttaen dramaattisia seurauksia näille ihmisille,

whose life literally shatters

joiden elämä kirjaimellisesti pirstoutuu

in a matter of a handful of seconds.

muutamassa sekunnissa.

And for me, the Man of Steel,

Mielestäni Teräsmies

Christopher Reeve,

Christopher Reeve

has best raised the awareness

on parhaiten herättänyt tietoisuutta

on the distress of spinal cord injured people.

selkäydinvammaisten ahdingosta.

And this is how I started my own personal journey

Aloitin oman matkani

in this field of research,

tämän tutkimuksen parissa

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

yhteistyössä Christopher ja Dana Reeven säätiön kanssa.

I still remember this decisive moment.

Muistan yhä ratkaisevan hetken.

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

Se sattui ihan tavallisen työpäivän

with the foundation.

päätteeksi.

Chris addressed us, the scientists and experts,

Chris sanoi meille tieteilijöille ja asiantuntijoille:

"You have to be more pragmatic.

"Teidän on oltava käytännöllisempiä.

When leaving your laboratory tomorrow,

Kun huomenna lähdette laboratoriostanne,

I want you to stop by the rehabilitation center

haluan, että pysähdytte kuntoutuskeskuksen luona

to watch injured people

katsomaan vammautuneiden

fighting to take a step,

kamppailua yhden askeleen ottamiseksi,

struggling to maintain their trunk.

taistelua pysyäkseen pystyssä.

And when you go home,

Kun lähdette kotiin,

think of what you are going to change in your research

ajatelkaa, miten seuraavana päivänä muutatte

on the following day to make their lives better."

tutkimuksianne parantaaksenne heidän elämäänsä."

These words, they stuck with me.

Niitä sanoja en koskaan unohda.

This was more than 10 years ago,

Tämä sattui yli kymmenen vuotta sitten,

but ever since, my laboratory has followed

mutta siitä lähtien laboratoriossani

the pragmatic approach to recovery

on suhtauduttu selkäydinvammasta toipumiseen

after spinal cord injury.

käytännönläheisesti.

And my first step in this direction

Esimmäinen askel tähän suuntaan

was to develop a new model of spinal cord injury

oli kehittää uusi malli selkäydinvammasta,

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

joka jäljittelisi tarkemmin ihmisvamman tärkeimpiä piirteitä,

while offering well-controlled experimental conditions.

ja tarjoaisi hyvin kontrolloidut koeolosuhteet.

And for this purpose, we placed two hemisections

Tätä varten teimme kaksi leikkausta

on opposite sides of the body.

vastakkaisilla puolille vartaloa.

They completely interrupt the communication

Ne katkaisevat täydellisesti aivojen

between the brain and the spinal cord,

ja selkäytimen väliset yhteydet,

thus leading to complete and permanent paralysis

aiheuttaen siten jalkojen täydellisen ja pysyvän

of the leg.

halvaantumisen.

But, as observed, after most injuries in humans,

Useimmiten ihmisten vammautuessa selkäytimeen

there is this intervening gap of intact neural tissue

syntyy katkos, josta puuttuu ehjää hermokudosta,

through which recovery can occur.

jonka kautta paraneminen voi tapahtua.

But how to make it happen?

Mutta miten paraneminen voi tapahtua?

Well, the classical approach

Perinteisesti pyrittiin

consists of applying intervention

puuttumaan asiaan

that would promote the growth of the severed fiber

edistämällä katkenneen kuidun kasvua

to the original target.

alkuperäiseen kohteeseen.

And while this certainly remained the key for a cure,

Vaikkakin tämä varmasti oli ratkaisun avain,

this seemed extraordinarily complicated to me.

se tuntui minusta varsin monimutkaiselta.

To reach clinical fruition rapidly,

Nopean kliinisen tuloksen kannalta

it was obvious:

oli ilmeistä:

I had to think about the problem differently.

Ongelmaa piti ajatella toisella tavalla.

It turned out that more than 100 years of research

Kävi ilmi, että yli sadan vuoden tutkimus

on spinal cord physiology,

selkäytimen fysiologiasta,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

Nobel-palkitusta Sherringtonista lähtien,

had shown that

oli osoittanut,

the spinal cord, below most injuries,

että useimpien selkäytimen vammautumiskohtien

contained all the necessary and sufficient neural networks

alapuolella oli kaikki välttämättömät ja riittävät hermoverkot

to coordinate locomotion,

liikkumisen koordinointiin,

but because input from the brain is interrupted,

mutta koska syöttö aivoista oli keskeytynyt,

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

ne olivat toimintakelvottomat, ikään kuin horrostilassa.

My idea: We awaken this network.

Ideani: Herätetään verkosto.

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

Toimin silloin Los Angelesissa,

after completing my Ph.D. in France,

väiteltyäni tohtoriksi Ranskassa,

where independent thinking

missä itsenäistä ajattelua

is not necessarily promoted.

ei välttämättä tueta.

(Laughter)

(Naurua)

I was afraid to talk to my new boss,

Pelkäsin puhua uudelle pomolleni,

but decided to muster up my courage.

mutta päätin kerätä rohkeuteni.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

Koputin mainion ohjaajani, Reggie Evertonin, ovea

Reggie Edgerton, to share my new idea.

kertoakseni uudesta ideastani.

He listened to me carefully,

Hän kuunteli minua tarkasti

and responded with a grin.

ja vastasi virnistäen:

"Why don't you try?"

"Mitäpä jos yrittäisit?"

And I promise to you,

Se oli taatusti

this was such an important moment in my career,

hyvin tärkeä hetki urallani,

when I realized that the great leader

kun tajusin, että suurenmoinen johtaja

believed in young people and new ideas.

uskoi nuoriin ihmisiin ja uusiin ideoihin

And this was the idea:

Idea oli tämä:

I'm going to use a simplistic metaphor

Käytän yksinkertaista vertauskuvaa

to explain to you this complicated concept.

monimutkaisen periaatteen selittämiseen.

Imagine that the locomotor system is a car.

Kuvitelkaa, että liikkumisväline on auto.

The engine is the spinal cord.

Moottori on selkäydin.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

Voimansiirto on katkennut. Moottori ei toimi.

How could we re-engage the engine?

Miten se saataisiin taas kuntoon?

First, we have to provide the fuel;

Ensiksi on saatava polttoainetta;

second, press the accelerator pedal;

toiseksi on painettava kaasupoljinta;

third, steer the car.

kolmanneksi on ohjattava.

It turned out that there are known neural pathways

Kävi ilmi, tietyillä aivoista tulevilla hermoväylillä,

coming from the brain that play this very function

on juuri nämä tehtävät

during locomotion.

liikkumisessa.

My idea: Replace this missing input

Ideani: Korvataan puuttuva syöttö,

to provide the spinal cord

jotta selkäydin saisi

with the kind of intervention

samanlaisen välityskäskyn,

that the brain would deliver naturally in order to walk.

jonka aivot luonnostaan antavat kävelylle.

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

Tähän hyödynsin viimeisten 20 vuoden neurotieteellistä tutkimusta,

first to replace the missing fuel

ensinnäkin puuttuvan polttoaineen korvaamiseksi

with pharmacological agents

lääkeaineilla,

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

jotka saavat selkäytimen hermosolut käynnistymään,

and second, to mimic the accelerator pedal

ja toiseksi, saamaan sähköiset ärsykkeet toimimaan

with electrical stimulation.

kaasupolkimen tapaan.

So here imagine an electrode

Kuvitelkaa selkäytimen päälle

implanted on the back of the spinal cord

istutettu elektrodi,

to deliver painless stimulation.

joka antaa kivutonta ärsytystä.

It took many years, but eventually we developed

Aikaa kului monta vuotta, mutta lopulta kehitimme

an electrochemical neuroprosthesis

elektrokemiallisen neuroproteesin,

that transformed the neural network

joka herätti selkäytimen hermoverkoston

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

horroksestaan täysin toimivaan tilaan.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

Halvaantunut rotta pystyy välittömästi seisomaan.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Heti kun juoksumatto alkaa liikkua,

the animal shows coordinated movement of the leg,

eläimen jalat liikkuvat koordinoidusti,

but without the brain.

mutta ilman aivoja.

Here what I call "the spinal brain"

"Selkäydinaivot"

cognitively processes sensory information

käsittelevät kognitiivisesti jaloista tulevaa

arising from the moving leg

aisti-informaatiota

and makes decisions as to how to activate the muscle

ja päättävät, kuinka lihasta aktivoidaan

in order to stand, to walk, to run,

seisomista, kävelemistä ja juoksemista varten.

and even here, while sprinting,

Kovaakin juostessaan

instantly stand

rotta seisahtaa välittömästi

if the treadmill stops moving.

juoksumaton pysähtyessä.

This was amazing.

Ällistyttävää.

I was completely fascinated by this locomotion

Olin aivan lumoutunut liikkumisesta

without the brain,

ilman aivoja,

but at the same time so frustrated.

mutta samalla kertaa hyvin turhautunut.

This locomotion was completely involuntary.

Liikkuminen oli täysin tahdosta riippumatonta.

The animal had virtually no control over the legs.

Eläin pystyi tuskin lainkaan kontrolloimaan jalkojaan.

Clearly, the steering system was missing.

Oli ilmiselvää, että ohjausjärjestelmä puuttui.

And it then became obvious from me

Minulle selvisi,

that we had to move away

että meidän oli hylättävä

from the classical rehabilitation paradigm,

perinteinen kuntoutusparadigma,

stepping on a treadmill,

juoksumatolla askeltaminen,

and develop conditions that would encourage

ja luotava olosuhteet, jotka kannustaisivat aivoja

the brain to begin voluntary control over the leg.

alkamaan kontrolloida jalkoja omasta tahdostaan.

With this in mind, we developed a completely new

Tätä tarkoitusta varten kehitimme täysin uuden

robotic system to support the rat

robottijärjestelmän, joka tuki rottaa

in any direction of space.

joka suunnasta.

Imagine, this is really cool.

Kuvitelkaa, todella mahtavaa.

So imagine the little 200-gram rat

200 gramman painoinen pieni rotta,

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

kiinnitettynä 200-kiloisen robotin ulokkeeseen,

but the rat does not feel the robot.

eikä rotta voi aistia robottia lainkaan.

The robot is transparent,

Robotti on näkymätön,

just like you would hold a young child

aivan kuin joku pitelisi pikkulasta

during the first insecure steps.

ensimmäisten epävarmojen askelten aikana.

Let me summarize: The rat received

Tiivistettynä: Rotta sai

a paralyzing lesion of the spinal cord.

halvaannuttavan selkäydinvamman.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

Elektrokemiallinen neuroproteesi mahdollisti

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

selkäytimen liikeverkostojen hyvän toimintakyvyn.

The robot provided the safe environment

Robotti loi turvallisen ympäristön,

to allow the rat to attempt anything

ja salli rotan kokeilla mitä tahansa

to engage the paralyzed legs.

saadakseen jalkansa toimimaan.

And for motivation, we used what I think

Motivointiin käytimme Sveitsin tehokkainta

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

farmakologista ainetta:

fine Swiss chocolate.

hienoa sveitsiläistä suklaata.

(Laughter)

(Naurua)

Actually, the first results were very, very,

Ensimmäiset tulokset olivat itse asiassa

very disappointing.

hyvin, hyvin, hyvin masentavia.

Here is my best physical therapist

Tässä paras fysioterapeuttimme

completely failing to encourage the rat

epäonnistuu täydellisesti kannustaessaan rottaa

to take a single step,

ottamaan yhden ainoan askeleen,

whereas the same rat, five minutes earlier,

kun sama rotta, viisi minuuttia aiemmin,

walked beautifully on the treadmill.

käveli oivallisesti juoksumatolla.

We were so frustrated.

Olimme kovin turhautuneita.

But you know, one of the most essential qualities

Mutta yksi tieteilijän tärkeimmistä ominaisuuksista

of a scientist is perseverance.

on periksiantamattomuus.

We insisted. We refined our paradigm,

Pidimme päämme. Hioimme paradigmaamme,

and after several months of training,

ja useita kuukausia harjoiteltuaan

the otherwise paralyzed rat could stand,

halvaantunut rotta pystyi seisomaan,

and whenever she decided,

ja alkoi aina halutessaan

initiated full weight-bearing locomotion

koko painonsa kannattelevan liikkeen

to sprint towards the rewards.

palkintoja kohden.

This is the first recovery ever observed

Ensimmäistä kertaa nähtiin

of voluntary leg movement

omaehtoista jalkojen liikettä

after an experimental lesion of the spinal cord

täydelliseen ja pysyvään halvautumiseen

leading to complete and permanent paralysis.

johtaneen selkäydinvammakokeen jälkeen.

In fact --

Itse asiassa --

(Applause)

(Suosionosoituksia)

Thank you.

Kiitos.

In fact, not only could the rat initiate

Rotta ei pystynyt pelkästään aloittamaan

and sustain locomotion on the ground,

ja ylläpitämään maassa liikkumista,

they could even adjust leg movement,

vaan jopa sovittamaan jalkojen liikkeen

for example, to resist gravity

painovoiman voittamiseksi

in order to climb a staircase.

kiivetäkseen portaita.

I can promise you this was

Voin vakuuttaa, että se oli

such an emotional moment in my laboratory.

hyvin tunteellinen hetki laboratoriossamme.

It took us 10 years of hard work

Tarvittiin kymmenen vuoden kova työ

to reach this goal.

tämän päämäärän saavuttamiseen.

But the remaining question was, how?

Jäljelle jäi kysymys: miten?

I mean, how is it possible?

Tarkoitan, miten se on mahdollista?

And here, what we found

Löydöksemme

was completely unexpected.

oli täysin odottamaton.

This novel training paradigm

Tämä ennen näkemätön valmennusparadigma

encouraged the brain to create new connections,

kannusti aivoja luomaan uusia yhteyksiä,

some relay circuits

välittäjäpiirejä,

that relay information from the brain

jotka kuljettavat informaatiota aivoista

past the injury and restore cortical control

vammautumiskohdan ohi ja palauttavat aivokuoren

over the locomotor networks below the injury.

ohjauksen vamman alapuolisiin liikeverkostoihin.

And here, you can see one such example,

Tässä yksi esimerkki, jossa aivoista tulevat kuidut

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

on merkitty punaisella.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Tämä sininen neuroni on yhteydessä liikekeskukseen,

and what this constellation

ja tämä hermojen välinen synaptinen

of synaptic contacts means

muodostelma tarkoittaa,

is that the brain is reconnected with the locomotor center

että aivot ovat taas yhteydessä liikekeskukseen,

with only one relay neuron.

vain yhden välittäjäneuronin kautta.

But the remodeling was not restricted

Mutta muutos ei rajoittunut vain

to the lesion area.

vammautuneelle alueelle.

It occurred throughout the central nervous system,

Se koski koko keskushermostoa,

including in the brain stem,

mukaan lukien aivorungon,

where we observed up to 300-percent increase

missä havaittiin aivoista tulevien säikeiden tiheyden

in the density of fibers coming from the brain.

lisääntyneen jopa 300 prosentilla.

We did not aim to repair the spinal cord,

Tarkoituksemme ei ollut korjata selkäydintä,

yet we were able to promote

pystyimme kuitenkin edistämään

one of the more extensive remodeling

aksonien uudelleenjärjestäytymistä

of axonal projections ever observed

enemmän kuin koskaan ennen

in the central nervous system of adult mammal

vammautuneen täysikasvuisen nisäkkään

after an injury.

keskushermostossa.

And there is a very important message

Tähän löytöön kätkeytyy

hidden behind this discovery.

hyvin tärkeä viesti.

They are the result of a young team

Se on lahjakkaiden nuorten ihmisten

of very talented people:

työn tulos:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

fysioterapeuttien, neurobiologien, neurokirurgien

engineers of all kinds,

ja monen alan insinöörien,

who have achieved together

jotka ovat yhdessä saavuttaneet jotakin,

what would have been impossible by single individuals.

mikä olisi ollut yksittäisille ihmisille mahdotonta.

This is truly a trans-disciplinary team.

Se on todella monitieteellinen tiimi.

They are working so close to each other

He työskentelevät niin tiiviisti yhdessä,

that there is horizontal transfer of DNA.

että vaihtavat DNA:ta keskenään.

We are creating the next generation

Luomme seuraavan polven

of M.D.'s and engineers

lääkäreitä ja insinöörejä,

capable of translating discoveries all the way

jotka pystyvät hyödyntämään tutkimustuloksiaan

from bench to bedside.

nopeasti käytännön hoitotyöhön.

And me?

Minun osuuteni?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Olen vain tätä kaunista sinfoniaa johtanut maestro.

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

Mietitte varmaan kaikki,

will this help injured people?

auttaako tämä vammautuneita ihmisiä.

Me too, every day.

Niin minäkin, joka päivä.

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

Todellisuudessa tietomme ovat vielä puutteelliset.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

Selkäydinvammaa ei pystytä vielä parantamaan,

but I begin to believe that this may lead

mutta alan uskoa, että tämä voi johtaa

to an intervention to improve recovery

läpimurtoon, joka voi edistää toipumista

and people's quality of life.

ja parantaa ihmisten elämänlaatua.

I would like you all

Haluaisin teidän kaikkien unelmoivan

to take a moment and dream with me.

hetken aikaa kanssani.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Kuvitelkaa joku äskettäin selkäydinvamman saanut henkilö.

After a few weeks of recovery,

Muutaman viikon toipumisen jälkeen,

we will implant a programmable pump

asennetaan ohjelmoitava pumppu

to deliver a personalized pharmacological cocktail

antamaan yksilöllinen farmakologinen cocktail

directly to the spinal cord.

suoraan selkäytimeen.

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

Samalla kertaa asennetaan joukko elektrodeja,

a sort of second skin

jonkinlainen toinen iho,

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

joka peittää jalkoja kontrolloivaa selkäytimen aluetta,

and this array is attached to an electrical pulse generator

ja tämä kokonaisuus kiinnitetään sähköiseen sykegeneraattoriin,

that delivers stimulations that are tailored

joka antaa ärsykkeitä, jotka vastaavat

to the person's needs.

juuri kyseisen potilaan tarpeita.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Näin taataan yksilöllinen elektrokemiallinen neuroproteesi,

that will enable locomotion

joka mahdollistaa liikkumisen

during training with a newly designed supporting system.

harjoiteltaessa vastikään suunnitellun tukijärjestelmän avulla.

And my hope is that after several months of training,

Toivon, että kuukausien harjoittelun jälkeen

there may be enough remodeling of residual connection

jäljellä olevat yhteydet uusiutuvat riittävästi

to allow locomotion without the robot,

mahdollistaen liikkumisen ilman robottia,

maybe even without pharmacology or stimulation.

ehkä jopa ilman lääkitystä tai hermoärsykkeitä.

My hope here is to be able to create

Toivon, että pystytään luomaan

the personalized condition

yksilölliset edellytykset

to boost the plasticity of the brain

tehostaa aivojen ja selkäytimen

and the spinal cord.

mukautumiskykyä.

And this is a radically new concept

Täysin uusi periaate,

that may apply to other neurological disorders,

jota voidaan ehkä soveltaa muihin neurologisiin häiriöihin,

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

"yksilölliset neuroproteesit",

where by sensing and stimulating neural interfaces,

joissa herkistämällä ja ärsyttämällä hermojen rajapintoja

I implanted throughout the nervous system,

koko hermojärjestelmässä,

in the brain, in the spinal cord,

aivoissa, selkäytimessä,

even in peripheral nerves,

jopa ääreishermoissa,

based on patient-specific impairments.

potilaskohtaisten häiriöiden perusteella.

But not to replace the lost function, no --

Ei pyritä korvaamaan menetettyä toimintoa --

to help the brain help itself.

vaan auttamaan aivoja auttamaan itseään.

And I hope this enticed your imagination,

Toivottavast tämä kiehtoi mielikuvitustanne,

because I can promise to you

koska voin luvata,

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

ettei ole kysymys siitä, tapahtuuko tämä vallankumous,

but when.

vaan milloin se tapahtuu.

And remember, we are only as great

Muistakaa, olemme vain yhtä suuria kuin

as our imagination, as big as our dream.

mielikuvituksemme, unelmiemme kokoisia.

Thank you.

Kiitoksia.

(Applause)

(Suosionosoituksia)