Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Grégoire Courtine: Le rat paralysé qui marcha

Traducteur: Leslie Louradour Relecteur: Katie Marsh

I am a neuroscientist

Je suis neuroscientifique

with a mixed background in physics and medicine.

avec une formation à la fois en physique et en médecine.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

Mon laboratoire à l'Institut Fédéral Suisse de Technologie

focuses on spinal cord injury,

est spécialisé dans les traumatismes de la moelle épinière

which affects more than 50,000 people

qui touchent plus de 50 000 personnes

around the world every year,

dans le monde, chaque année,

with dramatic consequences for affected individuals,

avec des conséquences très graves pour les personnes concernées,

whose life literally shatters

dont les vies s'écroulent littéralement

in a matter of a handful of seconds.

en l'espace d'une poignée de secondes.

And for me, the Man of Steel,

Pour moi, C'est Superman,

Christopher Reeve,

Christopher Reeve,

has best raised the awareness

qui a le plus contribué à la prise de conscience

on the distress of spinal cord injured people.

de la détresse des gens blessés à la moelle épinière.

And this is how I started my own personal journey

C'est ainsi qu'a débuté mon propre voyage

in this field of research,

dans ce domaine de recherche,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

en travaillant avec la Fondation Christopher et Dana Reeve.

I still remember this decisive moment.

Je me souviens encore de ce moment crucial.

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

C'était à la fin d'une journée ordinaire

with the foundation.

à la Fondation.

Chris addressed us, the scientists and experts,

Chris nous a parlé, à nous, les scientifiques et les experts :

"You have to be more pragmatic.

« Vous devez être plus pragmatiques.

When leaving your laboratory tomorrow,

Lorsque vous quitterez le laboratoire demain,

I want you to stop by the rehabilitation center

je veux que vous vous arrêtiez au centre de rééducation

to watch injured people

pour observer les personnes blessées

fighting to take a step,

qui luttent pour faire un pas,

struggling to maintain their trunk.

qui ont du mal à maintenir leur tronc.

And when you go home,

Et lorsque vous rentrerez chez vous,

think of what you are going to change in your research

réfléchissez à ce que vous allez changer dans vos recherches,

on the following day to make their lives better."

le lendemain, pour rendre leurs vies meilleures. »

These words, they stuck with me.

Ces mots me sont restés.

This was more than 10 years ago,

C'était il y a plus de 10 ans,

but ever since, my laboratory has followed

mais, depuis, mon laboratoire a adopté

the pragmatic approach to recovery

une approche pragmatique de la guérison

after spinal cord injury.

après un traumatisme de la moelle épinière.

And my first step in this direction

Mon premier pas dans cette direction

was to develop a new model of spinal cord injury

a été de développer un nouveau modèle du traumatisme de la moelle épinière

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

qui serait une meilleure imitation de certains aspects clés du traumatisme humain,

while offering well-controlled experimental conditions.

tout en présentant des conditions expérimentales bien contrôlées.

And for this purpose, we placed two hemisections

Dans ce but, nous avons procédé à deux hémisections

on opposite sides of the body.

des deux côtés du corps.

They completely interrupt the communication

Elles interrompent totalement la communication

between the brain and the spinal cord,

entre le cerveau et la moelle épinière,

thus leading to complete and permanent paralysis

entraînant une paralysie complète et permanente

of the leg.

de la patte.

But, as observed, after most injuries in humans,

On a observé qu'après la plupart des traumatismes chez l'homme,

there is this intervening gap of intact neural tissue

il y a un tronçon de tissu neuronal intact

through which recovery can occur.

qui pourrait permettre le rétablissement.

But how to make it happen?

Comment le provoquer ?

Well, the classical approach

L'approche classique

consists of applying intervention

consiste à réaliser une intervention

that would promote the growth of the severed fiber

qui encouragerait la croissance de la fibre endommagée

to the original target.

vers la cible d'origine.

And while this certainly remained the key for a cure,

Alors que cela reste certainement une clé pour la guérison,

this seemed extraordinarily complicated to me.

cela m'a semblé extraordinairement compliqué.

To reach clinical fruition rapidly,

Pour atteindre un résultat clinique rapidement,

it was obvious:

il était évident

I had to think about the problem differently.

que je devais réfléchir au problème d'une autre façon.

It turned out that more than 100 years of research

Il s'est avéré que plus de 100 ans de recherches

on spinal cord physiology,

sur la physiologie de la moelle épinière,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

en commençant par le Prix Nobel Sherrington,

had shown that

avaient montrés

the spinal cord, below most injuries,

que la moelle épinière contenait, en amont de la plupart des blessures,

contained all the necessary and sufficient neural networks

tous les réseaux neuronaux nécessaires et suffisants

to coordinate locomotion,

pour coordonner la locomotion.

but because input from the brain is interrupted,

Mais parce que les données venant du cerveau sont interrompues,

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

ces réseaux ne sont pas fonctionnels, comme en état de sommeil.

My idea: We awaken this network.

Mon idée : réveillons ce réseau.

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

A cette époque, j'étais en post-doctorat à Los Angeles,

after completing my Ph.D. in France,

après avoir fini ma thèse en France,

where independent thinking

où la pensée indépendante

is not necessarily promoted.

n'est pas vraiment encouragée.

(Laughter)

(Rires)

I was afraid to talk to my new boss,

J'avais peur de parler à mon nouveau chef,

but decided to muster up my courage.

mais j'ai décidé de prendre mon courage à deux mains.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

J'ai frappé à la porte de mon extraordinaire conseiller,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

Reggie Edgerton, pour lui faire part de mon idée.

He listened to me carefully,

Il m'a écouté attentivement,

and responded with a grin.

et m'a répondu avec un sourire.

"Why don't you try?"

« Pourquoi n'essayerais-tu pas ? »

And I promise to you,

Je vous jure,

this was such an important moment in my career,

ce fut un moment crucial dans ma carrière

when I realized that the great leader

lorsque j'ai compris qu'un immense directeur

believed in young people and new ideas.

faisait confiance aux jeunes et aux idées novatrices.

And this was the idea:

Voici l'idée :

I'm going to use a simplistic metaphor

Je vais utiliser une métaphore simpliste

to explain to you this complicated concept.

pour vous expliquer ce concept compliqué.

Imagine that the locomotor system is a car.

Imaginez que le système locomoteur est une voiture.

The engine is the spinal cord.

Le moteur est la moelle épinière.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

La transmission est interrompue. Le moteur est éteint.

How could we re-engage the engine?

Comment peut-on relancer le moteur ?

First, we have to provide the fuel;

Tout d'abord, on doit mettre du carburant ;

second, press the accelerator pedal;

ensuite, appuyer sur l'accélérateur ;

third, steer the car.

puis conduire la voiture.

It turned out that there are known neural pathways

Il s'est avéré qu'on connaît des chemins neuronaux,

coming from the brain that play this very function

venant du cerveau, qui jouent ce rôle précis

during locomotion.

pour la locomotion.

My idea: Replace this missing input

Mon idée : remplacer les impulsions absentes

to provide the spinal cord

pour donner à la moelle épinière

with the kind of intervention

le genre d'instructions

that the brain would deliver naturally in order to walk.

que le cerveau délivrerait naturellement pour la marche.

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

Pour ce faire, j'ai exploité 20 années de recherche dans la neuroscience,

first to replace the missing fuel

tout d'abord pour remplacer ce carburant absent

with pharmacological agents

par des agents pharmacologiques

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

qui préparent les neurones de la moelle épinière à réagir,

and second, to mimic the accelerator pedal

et ensuite, pour imiter la pédale d'accélérateur

with electrical stimulation.

par une stimulation électrique.

So here imagine an electrode

Imaginez maintenant une électrode

implanted on the back of the spinal cord

implantée sur l'arrière de la moelle épinière

to deliver painless stimulation.

pour délivrer une stimulation indolore.

It took many years, but eventually we developed

Cela a pris de nombreuses années, mais nous avons fini par développer

an electrochemical neuroprosthesis

une neuroprothèse électro-chimique

that transformed the neural network

qui fait passer le réseau neuronal

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

de la moelle épinière d'état de sommeil à un état très fonctionnel.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

Le rat paralysé peut immédiatement se lever.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Dès que le tapis de course démarre,

the animal shows coordinated movement of the leg,

l'animal présente un mouvement coordonné de la patte,

but without the brain.

mais sans que le cerveau n'intervienne.

Here what I call "the spinal brain"

Voici ce que je nomme le "cerveau spinal"

cognitively processes sensory information

qui traite de façon cognitive les informations sensorielles

arising from the moving leg

venant de la patte en mouvement

and makes decisions as to how to activate the muscle

et qui prend des décisions quant à la manière d'activer le muscle

in order to stand, to walk, to run,

afin de se lever, de marcher, de courir

and even here, while sprinting,

et même ici, en plein sprint,

instantly stand

de s'immobiliser instantanément

if the treadmill stops moving.

si le tapis de course s'arrête.

This was amazing.

C'était incroyable.

I was completely fascinated by this locomotion

J'étais totalement fasciné par cette locomotion

without the brain,

sans cerveau,

but at the same time so frustrated.

mais j'étais aussi très frustré.

This locomotion was completely involuntary.

Cette locomotion était complètement involontaire.

The animal had virtually no control over the legs.

L'animal n'avait absolument aucun contrôle sur ses pattes.

Clearly, the steering system was missing.

Il manquait clairement un système de pilotage.

And it then became obvious from me

Il m'est ensuite devenu évident

that we had to move away

que nous devions nous détacher

from the classical rehabilitation paradigm,

du paradigme classique de rééducation,

stepping on a treadmill,

marcher sur un tapis de course,

and develop conditions that would encourage

et qu'il fallait développer des conditions qui encourageraient

the brain to begin voluntary control over the leg.

le cerveau à commencer à prendre volontairement le contrôle de la patte.

With this in mind, we developed a completely new

Dans cette optique, nous avons développé

robotic system to support the rat

un tout nouveau système robotique pour soutenir le rat

in any direction of space.

dans n'importe quelle direction.

Imagine, this is really cool.

Imaginez, c'est vraiment génial.

So imagine the little 200-gram rat

Imaginez ce petit rat de 200 grammes

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

attaché à l'extrémité d'un robot de 200 kilos,

but the rat does not feel the robot.

et le rat ne sent même pas le robot.

The robot is transparent,

Le robot est transparent,

just like you would hold a young child

comme si on tenait un petit enfant par la main

during the first insecure steps.

lors de ses premiers pas hésitants.

Let me summarize: The rat received

Si je résume : le rat a reçu

a paralyzing lesion of the spinal cord.

une lésion paralysante de la moelle épinière.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

La neuroprothèse électrochimique lui a permis d'avoir

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

des réseaux spinaux locomoteurs en parfait état de fonctionnement.

The robot provided the safe environment

Le robot a fourni un environnement sûr

to allow the rat to attempt anything

ce qui permet au rat de tenter ce qu'il veut

to engage the paralyzed legs.

pour mobiliser les pattes paralysées.

And for motivation, we used what I think

Pour la motivation, nous avons utilisé ce qui selon moi

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

est la pharmacopée la plus puissante de Suisse :

fine Swiss chocolate.

du bon chocolat suisse.

(Laughter)

(Rires)

Actually, the first results were very, very,

A vrai dire, les premiers résultats furent très, très,

very disappointing.

très décevants.

Here is my best physical therapist

Voici mon meilleur physiothérapeute

completely failing to encourage the rat

qui échoue complètement à inciter le rat

to take a single step,

à faire un seul pas,

whereas the same rat, five minutes earlier,

alors que ce même rat, cinq minutes avant,

walked beautifully on the treadmill.

marchait merveilleusement bien sur le tapis de course.

We were so frustrated.

C'était réellement frustrant.

But you know, one of the most essential qualities

Mais une des qualités les plus importantes

of a scientist is perseverance.

d'un scientifique, c'est la persévérance.

We insisted. We refined our paradigm,

Nous avons insisté. Nous avons affiné notre modèle,

and after several months of training,

et après des mois d'entraînement,

the otherwise paralyzed rat could stand,

le rat paralysé a pu se lever,

and whenever she decided,

et lorsqu'elle l'avait décidé,

initiated full weight-bearing locomotion

commencer à se mouvoir de toutes ses forces

to sprint towards the rewards.

pour foncer vers la récompense.

This is the first recovery ever observed

C'est le tout premier rétablissement jamais observé

of voluntary leg movement

d'un mouvement volontaire de la patte

after an experimental lesion of the spinal cord

après une lésion expérimentale de la moelle épinière

leading to complete and permanent paralysis.

débouchant sur une paralysie complète et permanente.

In fact --

En fait...

(Applause)

(Applaudissements)

Thank you.

Merci.

In fact, not only could the rat initiate

En fait, ce rat pouvait non seulement entamer

and sustain locomotion on the ground,

et maintenir un mouvement sur le sol,

they could even adjust leg movement,

il pouvait aussi adapter les mouvements de ses pattes,

for example, to resist gravity

pour lutter contre la gravité, par exemple,

in order to climb a staircase.

pour grimper des marches.

I can promise you this was

Je vous assure

such an emotional moment in my laboratory.

que ça a été un moment très émouvant au laboratoire.

It took us 10 years of hard work

Cela nous a pris 10 années de dur labeur

to reach this goal.

pour atteindre cet objectif.

But the remaining question was, how?

Mais la question qui subsistait, c'était comment ?

I mean, how is it possible?

Sérieusement, comment est-ce possible ?

And here, what we found

Ce que nous avions trouvé là

was completely unexpected.

était totalement inattendu.

This novel training paradigm

Ce nouveau modèle d'entraînement

encouraged the brain to create new connections,

avait encouragé le cerveau à créer de nouvelles connections,

some relay circuits

des circuits de relais

that relay information from the brain

qui transmettaient les informations du cerveau

past the injury and restore cortical control

au-delà de la blessure, et restauraient le contrôle cortical

over the locomotor networks below the injury.

des réseaux locomoteurs en aval de la blessure.

And here, you can see one such example,

En voici un exemple

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

où les fibres provenant du cerveau sont représentées en rouge.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Le neurone bleu est connecté au centre locomoteur,

and what this constellation

et ce que cette constellation

of synaptic contacts means

de contacts synaptiques signifie,

is that the brain is reconnected with the locomotor center

c'est que le cerveau est reconnecté au centre locomoteur

with only one relay neuron.

par un seul neurone relais.

But the remodeling was not restricted

La restructuration ne s'était pas limitée

to the lesion area.

à la zone de lésion.

It occurred throughout the central nervous system,

Elle s'était répandue dans tout le système nerveux central,

including in the brain stem,

y compris dans le tronc cérébral,

where we observed up to 300-percent increase

où ont été observés jusqu'à 300 pour cent d'amélioration

in the density of fibers coming from the brain.

de la densité des fibres venant du cerveau.

We did not aim to repair the spinal cord,

Notre objectif n'était pas de réparer la moelle épinière,

yet we were able to promote

pourtant, nous avons pu provoquer

one of the more extensive remodeling

l'une des restructurations les plus complètes

of axonal projections ever observed

des projections axonales jamais observées

in the central nervous system of adult mammal

dans le système central nerveux d'un mammifère adulte

after an injury.

après un traumatisme.

And there is a very important message

Il y a un message très important

hidden behind this discovery.

caché derrière cette découverte.

They are the result of a young team

C'est le résultat d'une jeune équipe

of very talented people:

composée de personnes très talentueuses :

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

des physiothérapeutes, des neurobiologistes, des neurochirurgiens,

engineers of all kinds,

des ingénieurs dans tous les domaines,

who have achieved together

qui ont réussi, ensemble,

what would have been impossible by single individuals.

à réaliser ce qui aurait été impossible pour des individus isolés.

This is truly a trans-disciplinary team.

C'est une équipe réellement transdisciplinaire.

They are working so close to each other

Ils travaillent en collaboration si étroite

that there is horizontal transfer of DNA.

que leur ADN se transfère horizontalement.

We are creating the next generation

Nous sommes en train de créer la prochaine génération

of M.D.'s and engineers

de docteurs et d'ingénieurs

capable of translating discoveries all the way

capables de transposer intégralement des découvertes

from bench to bedside.

du laboratoire au chevet du malade.

And me?

Quant à moi ?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Je suis simplement le chef d'orchestre de cette magnifique symphonie.

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

Mais, je suis sûr que vous vous demandez tous

will this help injured people?

si ça va aider les personnes blessées ?

Me too, every day.

Moi aussi, tous les jours.

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

En fait, nous n'en savons pas encore assez.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

Ce n'est absolument pas un traitement du traumatisme de la moelle épinière,

but I begin to believe that this may lead

mais j'aime à croire que ça pourrait déboucher

to an intervention to improve recovery

sur une méthode pour améliorer le rétablissement

and people's quality of life.

et la qualité de vie des patients.

I would like you all

Je voudrais

to take a moment and dream with me.

que l'on prenne tous un instant pour rêver ensemble.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Imaginez une personne qui vient de subir un traumatisme de la moelle épinière.

After a few weeks of recovery,

Après quelques semaines de récupération,

we will implant a programmable pump

on lui implante une pompe programmable

to deliver a personalized pharmacological cocktail

qui délivre un cocktail pharmacologique personnalisé

directly to the spinal cord.

directement dans la moelle épinière.

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

Au même moment, on implante un réseau d'électrodes,

a sort of second skin

une espèce de seconde peau,

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

qui couvre la zone de la moelle épinière contrôlant le mouvement des jambes,

and this array is attached to an electrical pulse generator

et ces électrodes sont attachées à un générateur de pulsations électriques

that delivers stimulations that are tailored

qui envoie des stimulations adaptées

to the person's needs.

aux besoins de la personne.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Cela constitue une neuroprothèse électrochimique personnalisée

that will enable locomotion

qui permettra la locomotion

during training with a newly designed supporting system.

pendant l'entraînement avec un système de soutien tout nouveau.

And my hope is that after several months of training,

Ce que j'espère, c'est qu'après plusieurs mois d'entraînement,

there may be enough remodeling of residual connection

il puisse y avoir une assez grande restructuration des connections résiduelles

to allow locomotion without the robot,

pour permettre la locomotion sans robot,

maybe even without pharmacology or stimulation.

voire sans pharmacologie ni stimulations.

My hope here is to be able to create

J'espère pouvoir créer

the personalized condition

les conditions personnalisées

to boost the plasticity of the brain

pour améliorer la plasticité du cerveau

and the spinal cord.

et de la moelle épinière.

And this is a radically new concept

C'est un concept complètement nouveau

that may apply to other neurological disorders,

qui pourrait s'appliquer à d'autres troubles neurologiques,

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

ce que j'appelle « les neuroprothèses personnalisées »,

where by sensing and stimulating neural interfaces,

que j'ai implantées dans tout le système nerveux,

I implanted throughout the nervous system,

en détectant et en stimulant des interfaces neurales,

in the brain, in the spinal cord,

dans le cerveau, dans la moelle épinière,

even in peripheral nerves,

et même dans les nerfs périphériques,

based on patient-specific impairments.

selon les troubles bien précis du patient.

But not to replace the lost function, no --

Non pas pour remplacer la fonction qui a été perdue, non...

to help the brain help itself.

Mais pour aider le cerveau à s'aider lui-même.

And I hope this enticed your imagination,

J'espère que cela a éveillé votre imagination,

because I can promise to you

car, je peux vous l'assurer,

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

la question n'est pas de savoir si cette révolution va arriver,

but when.

mais quand.

And remember, we are only as great

Souvenez-vous, nous sommes aussi grands

as our imagination, as big as our dream.

que notre imagination, aussi grands que nos rêves.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)