Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Traduttore: Davide Giordani Revisore: Silvana Parascandolo

I am a neuroscientist

Sono un neuroscienziato

with a mixed background in physics and medicine.

con una formazione mista in fisica e medicina.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

Il mio laboratorio allo Swiss Federal Institute of Technology

focuses on spinal cord injury,

si concentra sulle lesioni al midollo spinale,

which affects more than 50,000 people

che colpiscono più di 50.000 persone

around the world every year,

all'anno nel mondo,

with dramatic consequences for affected individuals,

con conseguenze drammatiche per gli individui colpiti,

whose life literally shatters

la cui vita va letteralmente in frantumi

in a matter of a handful of seconds.

nel giro di una manciata di secondi.

And for me, the Man of Steel,

E per me, l'Uomo di Acciaio,

Christopher Reeve,

Christopher Reeve,

has best raised the awareness

è stato il migliore nella sensibilizzazione

on the distress of spinal cord injured people.

riguardo le difficoltà delle persone con danni al midollo spinale.

And this is how I started my own personal journey

Ed è così che ho iniziato il mio personale cammino

in this field of research,

in questo campo di ricerca,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

lavorando con la Fondazione Christopher and Dana Reeve.

I still remember this decisive moment.

Ancora mi ricordo questo momento decisivo.

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

Verso la fine di una normale giornata di lavoro

with the foundation.

alla fondazione,

Chris addressed us, the scientists and experts,

Chris disse a noi scienziati ed esperti,

"You have to be more pragmatic.

"Dovete essere più pragmatici.

When leaving your laboratory tomorrow,

Domani, quando uscirete dal laboratorio,

I want you to stop by the rehabilitation center

voglio che vi fermiate al centro di riabilitazione

to watch injured people

per osservare le persone lesionate

fighting to take a step,

che combattono per compiere un passo,

struggling to maintain their trunk.

faticando a mantenere l'equilibrio.

And when you go home,

E quando siete a casa,

think of what you are going to change in your research

pensate a cosa cambierete nella vostra ricerca

on the following day to make their lives better."

il giorno successivo per migliorare le loro vite."

These words, they stuck with me.

Queste parole non mi hanno mai lasciato.

This was more than 10 years ago,

È stato più di 10 anni fa,

but ever since, my laboratory has followed

ma da allora, il mio laboratorio ha seguito

the pragmatic approach to recovery

un approccio pragmatico verso il recupero

after spinal cord injury.

da lesioni al midollo spinale.

And my first step in this direction

E il mio primo passo in questa direzione

was to develop a new model of spinal cord injury

è stato lo sviluppo di un nuovo modello di lesione al midollo spinale

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

che imitasse con più precisione alcune delle caratteristiche principali dei danni sull'uomo,

while offering well-controlled experimental conditions.

e che offrisse delle condizioni sperimentali ben controllate.

And for this purpose, we placed two hemisections

Ed a questo scopo, abbiamo posizionato due emisezioni

on opposite sides of the body.

su lati opposti del corpo.

They completely interrupt the communication

Questi interrompono completamente la comunicazione

between the brain and the spinal cord,

tra il cervello e il midollo spinale,

thus leading to complete and permanent paralysis

con la conseguente paralisi completa e permanente

of the leg.

della gamba.

But, as observed, after most injuries in humans,

Ma, com'è stato osservato, dopo la maggior parte delle lesioni negli uomini,

there is this intervening gap of intact neural tissue

c'è questo spazio intermedio di tessuto neurale intatto

through which recovery can occur.

attraverso cui si può verificare la guarigione.

But how to make it happen?

Ma farlo succedere?

Well, the classical approach

Beh, l'approccio classico

consists of applying intervention

consiste nel compiere un intervento

that would promote the growth of the severed fiber

che favorisca la ricrescita delle fibre tranciate

to the original target.

al punto originario.

And while this certainly remained the key for a cure,

E sebbene tale approccio sia rimasto la chiave per una cura,

this seemed extraordinarily complicated to me.

a me sembra incredibilmente complicato.

To reach clinical fruition rapidly,

Per raggiungere rapidamente il successo clinico,

it was obvious:

era ovvio:

I had to think about the problem differently.

dovevo pensare al problema in modo diverso.

It turned out that more than 100 years of research

Scopro che più di 100 anni di ricerca

on spinal cord physiology,

sulla fisiologia del midollo spinale,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

a partire dal Premio Nobel Sherrington,

had shown that

avevano mostrato che

the spinal cord, below most injuries,

il midollo spinale, nella maggior parte delle lesioni,

contained all the necessary and sufficient neural networks

conteneva tutti i collegamenti neurali necessari e sufficienti

to coordinate locomotion,

per coordinare la locomozione,

but because input from the brain is interrupted,

ma poiché viene interrotta la comunicazione con il cervello,

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

sono in uno stato non-funzionante, come dormienti.

My idea: We awaken this network.

La mia idea: svegliare questi collegamenti.

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

A quel tempo, ero un borsista post-dottorato a Los Angeles,

after completing my Ph.D. in France,

dopo aver completato il mio dottorato in Francia,

where independent thinking

dove il pensiero indipendente

is not necessarily promoted.

non è necessariamente promulgato.

(Laughter)

(risate)

I was afraid to talk to my new boss,

Avevo paura di parlare con il mio nuovo capo,

but decided to muster up my courage.

ma decisi di farmi coraggio.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

Bussai alla porta del mio fantastico relatore,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

Reggie Edgerton, per condividere con lui la mia nuova idea.

He listened to me carefully,

Mi ascoltò attentamente,

and responded with a grin.

e mi rispose con un gran sorriso,

"Why don't you try?"

"Perché non provi?"

And I promise to you,

E ve lo giuro,

this was such an important moment in my career,

questo è stato un momento così importante nella mia carriera,

when I realized that the great leader

quando ho capito che il grande leader

believed in young people and new ideas.

aveva fiducia nei giovani e nelle idee nuove.

And this was the idea:

E l'idea era questa:

I'm going to use a simplistic metaphor

userò una metafora semplicistica

to explain to you this complicated concept.

per spiegarvi questo concetto complicato.

Imagine that the locomotor system is a car.

Immaginate che il sistema locomotorio sia un'auto.

The engine is the spinal cord.

Il motore è il midollo spinale.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

La trasmissione viene interrotta. Il motore si spegne.

How could we re-engage the engine?

Come possiamo far ripartire il motore?

First, we have to provide the fuel;

Prima di tutto, dobbiamo provvedere alla benzina;

second, press the accelerator pedal;

secondo, schiacciare l'acceleratore;

third, steer the car.

terzo, guidare l'auto.

It turned out that there are known neural pathways

Si è scoperto che ci sono dei percorsi conosciuti

coming from the brain that play this very function

provenienti dal cervello che svolgono proprio questa funzione

during locomotion.

durante la locomozione.

My idea: Replace this missing input

La mia idea: sostituire l'input mancante

to provide the spinal cord

per fornire al midollo spinale

with the kind of intervention

il tipo di intervento

that the brain would deliver naturally in order to walk.

che il cervello eseguirebbe naturalmente per camminare.

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

A tal scopo, ho usato a mio vantaggio gli ultimi 20 anni di ricerca della neuroscienza,

first to replace the missing fuel

prima per sostituire il carburante mancante

with pharmacological agents

con agenti farmacologici

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

che preparano i neuroni nel midollo spinale ad attivarsi

and second, to mimic the accelerator pedal

e secondo, per imitare il pedale dell'acceleratore

with electrical stimulation.

con la stimolazione elettrica.

So here imagine an electrode

Immaginatevi quindi un elettrodo

implanted on the back of the spinal cord

impiantato dietro al midollo spinale

to deliver painless stimulation.

che fornisce una stimolazione indolore.

It took many years, but eventually we developed

Ci sono voluti molti anni, ma alla fine abbiamo sviluppato

an electrochemical neuroprosthesis

una neuroprotesi elettrochimica

that transformed the neural network

che trasforma i collegamenti neurali

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

nel midollo spinale da dormienti ad uno stato altamente funzionante.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

Il topo paralizzato riesce a stare in piedi immediatamente.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Appena il tapis roulant inizia a muoversi,

the animal shows coordinated movement of the leg,

l'animale mostra dei movimenti coordinati della zampa

but without the brain.

ma senza il cervello.

Here what I call "the spinal brain"

Qui, ciò che io chiamo "il cervello spinale"

cognitively processes sensory information

elabora cognitivamente le informazioni sensoriali

arising from the moving leg

provenienti dalla zampa in movimento

and makes decisions as to how to activate the muscle

e prende decisioni su come attivare il muscolo

in order to stand, to walk, to run,

così da stare fermi, camminare, correre

and even here, while sprinting,

e persino qui, mentre corre,

instantly stand

fermarsi immediatamente

if the treadmill stops moving.

se il tapis roulant si ferma.

This was amazing.

Era incredibile.

I was completely fascinated by this locomotion

Ero completamente affascinato da questo movimento

without the brain,

senza il cervello,

but at the same time so frustrated.

ma allo stesso tempo ero molto frustrato.

This locomotion was completely involuntary.

Questa locomozione era completamente involontaria.

The animal had virtually no control over the legs.

L'animale praticamente non aveva alcun controllo sulle zampe.

Clearly, the steering system was missing.

Ovviamente, mancava il sistema di guida.

And it then became obvious from me

E poi realizzai che

that we had to move away

dovevamo allontanarci

from the classical rehabilitation paradigm,

dal classico paradigma della riabilitazione,

stepping on a treadmill,

salire su un tapis roulant,

and develop conditions that would encourage

e creare condizioni che incoraggino

the brain to begin voluntary control over the leg.

il cervello a prendere volontariamente il controllo della zampa.

With this in mind, we developed a completely new

Tenendo presente ciò, abbiamo sviluppato una struttura robotica

robotic system to support the rat

totalmente nuova per aiutare il topo

in any direction of space.

in qualsiasi direzione dello spazio.

Imagine, this is really cool.

Provate ad immaginare, è fortissimo.

So imagine the little 200-gram rat

Immaginate il piccolo topo da 200 grammi

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

attaccato all'estremità di questo robot da 200 chili,

but the rat does not feel the robot.

ma il topo non percepisce il robot.

The robot is transparent,

Il robot è trasparente,

just like you would hold a young child

proprio come sosterreste un bambino piccolo

during the first insecure steps.

mentre compie i suoi primi insicuri passi.

Let me summarize: The rat received

Lasciatemi riassumere: il topo aveva subito

a paralyzing lesion of the spinal cord.

una lesione paralizzante del midollo spinale.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

La neuroprotesi elettromeccanica permetteva

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

uno stato altamente funzionante dei collegamenti spinali locomotori.

The robot provided the safe environment

Il robot forniva l'ambiente sicuro

to allow the rat to attempt anything

che permetteva al topo di provare qualsiasi cosa

to engage the paralyzed legs.

che coinvolgesse le zampe paralizzate.

And for motivation, we used what I think

E per motivarlo, abbiamo usato ciò che credo

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

sia il farmaco più potente della Svizzera:

fine Swiss chocolate.

il cioccolato svizzero.

(Laughter)

(risate)

Actually, the first results were very, very,

A dire il vero, i primi risultati furono molto, molto,

very disappointing.

molto deludenti.

Here is my best physical therapist

Ecco il mio migliore fisioterapista

completely failing to encourage the rat

che non riesce a convincere il topo

to take a single step,

a compiere un singolo passo,

whereas the same rat, five minutes earlier,

mentre lo stesso topo, 5 minuti prima,

walked beautifully on the treadmill.

camminava tranquillamente sul tapis roulant.

We were so frustrated.

Eravamo molto frustrati.

But you know, one of the most essential qualities

Ma sapete, una delle qualità più essenziali

of a scientist is perseverance.

per uno scienziato è la perseveranza.

We insisted. We refined our paradigm,

Abbiamo insistito. Abbiamo migliorato il nostro paradigma,

and after several months of training,

e dopo diversi mesi di allenamento,

the otherwise paralyzed rat could stand,

il topo precedentemente paralizzato poteva alzarsi,

and whenever she decided,

e ogniqualvolta lo voleva,

initiated full weight-bearing locomotion

si muoveva sostenendo il suo peso

to sprint towards the rewards.

per correre verso la ricompensa.

This is the first recovery ever observed

Questa è la prima guarigione mai osservata

of voluntary leg movement

del movimento volontario di una zampa

after an experimental lesion of the spinal cord

dopo una lesione sperimentale del midollo spinale

leading to complete and permanent paralysis.

con paralisi completa e permanente.

In fact --

Infatti...

(Applause)

(applausi)

Thank you.

Grazie.

In fact, not only could the rat initiate

Infatti, non solo il topo poteva iniziare

and sustain locomotion on the ground,

e sostenere il movimento sul suolo,

they could even adjust leg movement,

ma poteva anche regolare il movimento della zampa,

for example, to resist gravity

per esempio, per resistere alla gravità

in order to climb a staircase.

così da arrampicarsi su una scala.

I can promise you this was

Vi giuro che questo fu

such an emotional moment in my laboratory.

un momento molto emozionante nel mio laboratorio.

It took us 10 years of hard work

Ci sono voluti 10 anni di duro lavoro

to reach this goal.

per raggiungere questo obbiettivo.

But the remaining question was, how?

Ma rimaneva una domanda: come?

I mean, how is it possible?

Voglio dire, com'è possibile?

And here, what we found

E quello che scoprimmo

was completely unexpected.

fu completamente inaspettato.

This novel training paradigm

Questo nuovo paradigma di allenamento

encouraged the brain to create new connections,

invogliava il cervello a creare nuove connessioni,

some relay circuits

dei circuiti relè

that relay information from the brain

che trasmettevano l'informazione dal cervello

past the injury and restore cortical control

oltrepassando il danno e riparando il controllo corticale

over the locomotor networks below the injury.

sui collegamenti locomotori al di sotto del danno.

And here, you can see one such example,

E qui, possiamo vederne un esempio,

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

in cui le fibre provenienti dal cervello sono indicate in rosso.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Questo neurone blue è connesso al centro locomotorio,

and what this constellation

e questa costellazione

of synaptic contacts means

di contatti sinaptici sta a significare

is that the brain is reconnected with the locomotor center

che il cervello è riconnesso con il centro locomotorio

with only one relay neuron.

attraverso un solo neurone trasmettente.

But the remodeling was not restricted

Ma il rimodellamento non era confinato

to the lesion area.

all'area danneggiata.

It occurred throughout the central nervous system,

Si verificava in tutto il sistema nervoso centrale,

including in the brain stem,

compreso il tronco cerebrale,

where we observed up to 300-percent increase

in cui abbiamo osservato un aumento fino al 300%

in the density of fibers coming from the brain.

della densità delle fibre provenienti dal cervello.

We did not aim to repair the spinal cord,

Il nostro scopo non era riparare il midollo spinale,

yet we were able to promote

tuttavia siamo stati in grado di dare il via

one of the more extensive remodeling

a uno dei rimodellamenti più ampi

of axonal projections ever observed

delle proiezioni assonali mai osservato

in the central nervous system of adult mammal

nel sistema nervoso centrale di un mammifero adulto

after an injury.

dopo una lesione.

And there is a very important message

E dietro questa scoperta si cela

hidden behind this discovery.

un messaggio molto importante.

They are the result of a young team

Sono il risultato di un gruppo di

of very talented people:

persone giovani e piene di talento:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

fisioterapisti, neurobiologi, neurochirurghi,

engineers of all kinds,

ingegneri di tutti i tipi,

who have achieved together

che insieme hanno ottenuto qualcosa

what would have been impossible by single individuals.

che sarebbe stato impossibile per singoli individui.

This is truly a trans-disciplinary team.

Questo è veramente un gruppo trans-disciplinare.

They are working so close to each other

Lavorano a così stretto contatto da

that there is horizontal transfer of DNA.

creare un trasferimento orizzontale di DNA.

We are creating the next generation

Stiamo creando la prossima generazione di

of M.D.'s and engineers

dottori in medicina e ingegneri

capable of translating discoveries all the way

in grado di portare le scoperte dal

from bench to bedside.

banco di lavoro al letto del paziente.

And me?

E io?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Io sono solo il conduttore che ha orchestrato questa bellissima sinfonia.

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

Ora, sono sicuro che tutti voi vi stiate chiedendo:

will this help injured people?

questo aiuterà le persone lesionate?

Me too, every day.

Anche io, ogni giorno.

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

La verità è che non sappiamo ancora abbastanza.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

Questa non è certamente una cura per le lesioni al midollo spinale,

but I begin to believe that this may lead

ma inizio a credere che questo possa portare

to an intervention to improve recovery

a un intervento volto a migliorare la guarigione

and people's quality of life.

e la qualità della vita delle persone.

I would like you all

Vorrei che tutti voi

to take a moment and dream with me.

provaste a sognare per un attimo con me.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Immaginate una persona che ha appena subito una lesione del midollo spinale.

After a few weeks of recovery,

Dopo qualche settimana di riabilitazione,

we will implant a programmable pump

impianteremo una pompa programmabile

to deliver a personalized pharmacological cocktail

per immettere un cocktail farmacologico personalizzato

directly to the spinal cord.

direttamente nel midollo spinale.

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

Allo stesso tempo, impianteremo una serie di elettrodi,

a sort of second skin

una specie di seconda pelle

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

che copre l'area del midollo spinale al comando del movimento della gamba,

and this array is attached to an electrical pulse generator

e questo apparato è collegato a un generatore di impulsi elettrici

that delivers stimulations that are tailored

che fornisce stimoli che rispondono

to the person's needs.

alle necessità individuali della persona.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Questa è la definizione di una neuroprotesi elettromeccanica personalizzata

that will enable locomotion

che permetterà il movimento

during training with a newly designed supporting system.

durante la riabilitazione con un sistema di supporto di nuova concezione.

And my hope is that after several months of training,

E la mia speranza è che dopo alcuni mesi di riabilitazione,

there may be enough remodeling of residual connection

vi sia abbastanza rimodellamento delle restanti connessioni

to allow locomotion without the robot,

da permettere il movimento senza il robot,

maybe even without pharmacology or stimulation.

forse anche senza farmaci o stimolazioni.

My hope here is to be able to create

La mia speranza è di essere in grado di creare

the personalized condition

una condizione personalizzata

to boost the plasticity of the brain

per incrementare la malleabilità del cervello

and the spinal cord.

e del midollo spinale.

And this is a radically new concept

Questo è un concetto radicalmente nuovo

that may apply to other neurological disorders,

potenzialmente applicabile ad altre disfunzioni neurologiche,

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

ciò che ho chiamato "neuroprotesi personalizzate",

where by sensing and stimulating neural interfaces,

che, rilevando e stimolando le interfacce neurali,

I implanted throughout the nervous system,

ho impiantato in tutto il sistema nervoso,

in the brain, in the spinal cord,

nel cervello, nel midollo spinale,

even in peripheral nerves,

anche nei nervi periferici,

based on patient-specific impairments.

basandomi sui danni specifici del paziente.

But not to replace the lost function, no --

Ma non per rimpiazzare la funzione persa:

to help the brain help itself.

per aiutare il cervello ad aiutarsi.

And I hope this enticed your imagination,

E spero che questo abbia stuzzicato la vostra immaginazione,

because I can promise to you

perché posso garantirvi che

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

non è questione di se questa rivoluzione accadrà,

but when.

ma quando.

And remember, we are only as great

E ricordatevi, siamo grandi quanto

as our imagination, as big as our dream.

la nostra immaginazione, grandi quanto i nostri sogni.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(applausi)