Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

מתרגם: Boaz Hovav מבקר: Sigal Tifferet

I am a neuroscientist

אני מדען שמתמחה במדעי המוח

with a mixed background in physics and medicine.

עם רקע בפיזיקה וברפואה.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

המעבדה שלי במכון הטכנולוגי הלאומי השוויצרי

focuses on spinal cord injury,

מתמקדת בפציעות בחוט השדרה,

which affects more than 50,000 people

שקורות למעל 50,000 איש

around the world every year,

ברחבי העולם, כל שנה,

with dramatic consequences for affected individuals,

וגורמות לירידה דרמטית באיכות החיים של הפצועים,

whose life literally shatters

שחייהם מתנפצים לרסיסים

in a matter of a handful of seconds.

תוך מספר שניות.

And for me, the Man of Steel,

ועבורי, "איש הפלדה",

Christopher Reeve,

השחקן כריסטופר ריב (שגילם את סופרמן)

has best raised the awareness

העלה בצורה חדה את המודעות הציבורית

on the distress of spinal cord injured people.

לסבלם של נפגעי חוט השדרה.

And this is how I started my own personal journey

זו למעשה הייתה תחילת הדרך שלי

in this field of research,

בתחום מחקר זה,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

בעבודה בקרן כריסטופר ודנה ריב.

I still remember this decisive moment.

אני עדיין זוכר את הרגע המכריע.

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

זה היה בסופו של יום עבודה שגרתי

with the foundation.

בקרן המחקר.

Chris addressed us, the scientists and experts,

כריס פנה אלינו, מדענים ומומחים:

"You have to be more pragmatic.

"אתם חייבים להיות יותר מעשיים.

When leaving your laboratory tomorrow,

כשתצאו מהמעבדה מחר,

I want you to stop by the rehabilitation center

אני רוצה שתעברו במרכז השיקום

to watch injured people

ותצפו באנשים הפצועים

fighting to take a step,

נלחמים לצעוד צעד אחד,

struggling to maintain their trunk.

נאבקים לייצב את גופם.

And when you go home,

וכשתלכו הביתה,

think of what you are going to change in your research

חשבו על דרכים לשנות את המחקר שלכם

on the following day to make their lives better."

כך שממחר הוא יתמקד בשיפור החיים שלהם."

These words, they stuck with me.

המילים שלו נשארו בלבי.

This was more than 10 years ago,

זה קרה לפני למעלה מ- 10 שנים,

but ever since, my laboratory has followed

אולם מאז, המעבדה שלי התמקדה

the pragmatic approach to recovery

בגישות מחקר מעשיות לריפוי

after spinal cord injury.

אחרי פציעת חוט שדרה.

And my first step in this direction

והצעד הראשון בכיוון

was to develop a new model of spinal cord injury

היה לפתח מודל מחקר חדש

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

שידמה בצורה טובה יותר פציעת חוט שדרה בבני אדם

while offering well-controlled experimental conditions.

ויאפשר ביצוע ניסויים מבוקרים היטב.

And for this purpose, we placed two hemisections

ולמטרה זו יצרנו שתי פגיעות חלקיות

on opposite sides of the body.

בשני צידי הגוף.

They completely interrupt the communication

הפגיעות משבשות לחלוטין את התקשורת

between the brain and the spinal cord,

בין המוח לחוט השדרה,

thus leading to complete and permanent paralysis

וגורמות לשיתוק מלא וקבוע

of the leg.

של הרגל.

But, as observed, after most injuries in humans,

אבל, כפי שרואים ברוב הפציעות בבני אדם,

there is this intervening gap of intact neural tissue

ישנה רקמת עצב שלמה בין הפגיעות

through which recovery can occur.

שיכולה להוביל את תהליך ההחלמה.

But how to make it happen?

אבל איך גורמים לזה לקרות?

Well, the classical approach

ובכן, הגישה הקלאסית

consists of applying intervention

מבוססת על התערבויות

that would promote the growth of the severed fiber

שיעודדו את גידול סיבי העצב הפגועים

to the original target.

וחיבורם לאיבר המטרה.

And while this certainly remained the key for a cure,

ולמרות שזה בהחלט המפתח לריפוי,

this seemed extraordinarily complicated to me.

הוא נשמע לי מאד מסובך.

To reach clinical fruition rapidly,

על מנת להגיע לתוצאות קליניות מהר,

it was obvious:

היה לי ברור:

I had to think about the problem differently.

אני חייב לחשוב על הבעיה מזווית אחרת.

It turned out that more than 100 years of research

מסתבר שיותר מ- 100 שנות מחקר

on spinal cord physiology,

של הפיזיולוגיה של חוט השדרה,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

החל בזוכה פרס הנובל שרינגטון,

had shown that

הראו

the spinal cord, below most injuries,

שחוט השדרה, מתחת רוב הפגיעות,

contained all the necessary and sufficient neural networks

מכיל מספיק רשתות עצביות

to coordinate locomotion,

על מנת לתאם תנועה,

but because input from the brain is interrupted,

אולם משום שהקלט מהמוח נפגע,

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

הרשתות העצביות לא מתפקדות, רדומות.

My idea: We awaken this network.

והרעיון שלי: אנחנו נעיר את הרשתות העצביות.

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

בזמנו, הייתי פוסט-דוקטורנט בלוס אנג'לס,

after completing my Ph.D. in France,

אחרי שסיימתי את לימודי הדוקטורט בצרפת,

where independent thinking

בה חשיבה עצמאית

is not necessarily promoted.

אינה בהכרח מתקבלת בברכה.

(Laughter)

(צחוק)

I was afraid to talk to my new boss,

פחדתי לדבר עם הבוס החדש שלי,

but decided to muster up my courage.

אבל החלטתי לאזור אומץ.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

נקשתי על דלתו של היועץ הנהדר שלי,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

רג'י אדגרטון, וסיפרתי לו על הרעיון שלי.

He listened to me carefully,

הוא הקשיב לי היטב,

and responded with a grin.

והגיב בחיוך.

"Why don't you try?"

"למה שלא תנסה?"

And I promise to you,

ואני מבטיח לכם,

this was such an important moment in my career,

שזה היה רגע כה חשוב בקריירה שלי,

when I realized that the great leader

בו הבנתי שהמנהיג הגדול

believed in young people and new ideas.

מאמין באנשים צעירים וברעיונות חדשים.

And this was the idea:

וזה היה הרעיון:

I'm going to use a simplistic metaphor

אשתמש בדימוי פשוט

to explain to you this complicated concept.

על מנת להסביר לכם את הרעיון המסובך הזה.

Imagine that the locomotor system is a car.

דמיינו שמערכת התנועה בגוף היא מכונית.

The engine is the spinal cord.

המנוע הוא חוט השדרה.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

יש בעיה בהילוכים. המנוע כבה.

How could we re-engage the engine?

איך נפעיל מחדש את המנוע?

First, we have to provide the fuel;

ראשית, חייבים למלא דלק,

second, press the accelerator pedal;

שנית, נלחץ על דוושת הגז,

third, steer the car.

ושלישית, ננהג את המכונית.

It turned out that there are known neural pathways

מסתבר שישנם מסלולים עצביים מוכרים

coming from the brain that play this very function

שמגיעים מהמוח וממלאים את כל התפקידים האלה

during locomotion.

בזמן תנועה.

My idea: Replace this missing input

והרעיון שלי: נחליף את הקלט החסר

to provide the spinal cord

כדי לספק לחוט השדרה

with the kind of intervention

את ההתערבות

that the brain would deliver naturally in order to walk.

שהמוח מעביר באופן טבעי בזמן הליכה.

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

לשם כך, השתמשתי ב 20 שנות מחקר במדעי המוח,

first to replace the missing fuel

ראשית החלפנו את הדלק החסר

with pharmacological agents

בכימיקלים רפואיים

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

שמכינים את תאי העצב בחוט השדרה לפעולה,

and second, to mimic the accelerator pedal

ושנית, לחקות את דוושת הגז

with electrical stimulation.

בגירוי חשמלי.

So here imagine an electrode

אז דמיינו אלקטרודה

implanted on the back of the spinal cord

שמושתלת בחלקו האחורי של חוט השדרה

to deliver painless stimulation.

ומעבירה גירויים לא כואבים.

It took many years, but eventually we developed

זה ארך שנים רבות, אבל בסוף פיתחנו

an electrochemical neuroprosthesis

משתל עצב אלקטרוכימי

that transformed the neural network

שהעביר את הרשת העצבית

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

בחוט השדרה ממצב רדום למצב פעיל.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

מיידית, עכבר משותק יכול היה לעמוד.

As soon as the treadmill belt starts moving,

וכאשר ההליכון החל לזוז,

the animal shows coordinated movement of the leg,

העכבר החל להזיז את רגלו בצורה מתואמת,

but without the brain.

אך ללא התערבות של המוח.

Here what I call "the spinal brain"

לזה אני קורא "מוח השדרה"

cognitively processes sensory information

שמעבד מידע חושי

arising from the moving leg

שמגיע מהרגל שזזה

and makes decisions as to how to activate the muscle

וומחליט איך להפעיל את השריר

in order to stand, to walk, to run,

על מנת לעמוד, ללכת, לרוץ,

and even here, while sprinting,

ואפילו כאן, בזמן ריצה מהירה,

instantly stand

לעמוד מיד

if the treadmill stops moving.

כשההליכון נעצר.

This was amazing.

זה היה מדהים.

I was completely fascinated by this locomotion

הוקסמתי מהתנועה הזו שנעשתה

without the brain,

ללא המוח,

but at the same time so frustrated.

אבל במקביל הייתי מתוסכל.

This locomotion was completely involuntary.

כי התנועה הייתה לחלוטין בלתי רצונית.

The animal had virtually no control over the legs.

לעכבר לא הייתה שום שליטה על הרגליים.

Clearly, the steering system was missing.

היה ברור שמערכת ההיגוי חסרה.

And it then became obvious from me

ואז הבנתי

that we had to move away

שאנחנו חייבים להתרחק

from the classical rehabilitation paradigm,

מתפיסת השיקום הקלאסית,

stepping on a treadmill,

הליכה בהליכון,

and develop conditions that would encourage

ולפתח תנאים שיעודדו

the brain to begin voluntary control over the leg.

את המוח לקחת פיקוד על הרגל.

With this in mind, we developed a completely new

במחשבה זו, פיתחנו

robotic system to support the rat

מערכת רובוטית חדשה שתמכה בעכבר

in any direction of space.

בכל כיוון במרחב.

Imagine, this is really cool.

דמיינו לעצמכם, זה ממש מגניב.

So imagine the little 200-gram rat

דמיינו חולדה ששוקלת 200 גרם

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

מחוברת לרובוט במשקל 200 קילו,

but the rat does not feel the robot.

אבל העכבר לא מרגיש את הרובוט.

The robot is transparent,

הרובוט שקוף לעכבר,

just like you would hold a young child

ממש כמו שמחזיקים ילד קטן

during the first insecure steps.

בצעדיו הראשונים המהוססים.

Let me summarize: The rat received

אני אסכם: העכבר סבל

a paralyzing lesion of the spinal cord.

מפגיעה משתקת בחוט השדרה.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

המישתל העצבי האלקטרוכימי איפשר

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

מצב חדש ופעיל של מערכות התנועה השדרתיות.

The robot provided the safe environment

הרובוט סיפק סביבה בטוחה

to allow the rat to attempt anything

בה החולדה יכולה לנסות כל דבר

to engage the paralyzed legs.

שיפעיל מחדש את הרגליים המשותקות.

And for motivation, we used what I think

ולשם המוטיבציה, השתמשנו בגורם

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

החזק ביותר הידוע לתעשיית התרופות השווייצרית:

fine Swiss chocolate.

שוקולד שווייצרי משובח.

(Laughter)

(צחוק)

Actually, the first results were very, very,

בפועל, התוצאות הראשונות היו מאד, מאד

very disappointing.

מאד מאכזבות.

Here is my best physical therapist

כאן רואים איך הפיזיותרפיסט הטוב ביותר שלי

completely failing to encourage the rat

לא מצליח לגרום לחולדה

to take a single step,

לצעוד צעד אחד,

whereas the same rat, five minutes earlier,

למרות שאותה חולדה, 5 דקות קודם לכן,

walked beautifully on the treadmill.

צעדה באופן מושלם על ההליכון.

We were so frustrated.

היינו ממש מתוסכלים.

But you know, one of the most essential qualities

אבל אתם יודעים, שאחת התכונות החשובות ביותר

of a scientist is perseverance.

למדענים היא התמדה.

We insisted. We refined our paradigm,

התעקשנו. שיפרנו את המערכת שלנו,

and after several months of training,

ואחרי מספר חודשי אימונים,

the otherwise paralyzed rat could stand,

החולדה המשותקת הצליחה לעמוד,

and whenever she decided,

ובכל פעם שהיא רצתה,

initiated full weight-bearing locomotion

היא התחילה לנוע תוך נשיאת משקלה המלא

to sprint towards the rewards.

בריצה אל התגמולים.

This is the first recovery ever observed

זו הפעם הראשונה בה תועד שיקום

of voluntary leg movement

של תנועת רגליים רצונית

after an experimental lesion of the spinal cord

אחרי פציעה ניסויית של חוט השדרה

leading to complete and permanent paralysis.

שהובילה לשיתוק מלא וקבוע.

In fact --

למעשה --

(Applause)

(כפיים)

Thank you.

תודה.

In fact, not only could the rat initiate

למעשה, החולדה לא רק

and sustain locomotion on the ground,

הלכה על הקרקע,

they could even adjust leg movement,

היא גם תיאמה את תנועות הרגליים,

for example, to resist gravity

למשל, כנגד כוח הכבידה,

in order to climb a staircase.

כדי לטפס במדרגות.

I can promise you this was

תאמינו לי שזה היה

such an emotional moment in my laboratory.

רגע מרגש ביותר במעבדה שלי.

It took us 10 years of hard work

נדרשו 10 שנים של עבודה קשה

to reach this goal.

על מנת להשיג את המטרה הזו.

But the remaining question was, how?

אבל השאלה שנשארה פתוחה היא איך?

I mean, how is it possible?

איך זה קרה?

And here, what we found

ומה שגילינו

was completely unexpected.

היה בלתי צפוי לחלוטין.

This novel training paradigm

תפיסת האימון החדשנית

encouraged the brain to create new connections,

עודדה את המוח ליצור קשרים חדשים,

some relay circuits

ומעגלים עצביים

that relay information from the brain

שמובילים מידע מהמוח

past the injury and restore cortical control

מעבר לפגיעה ומשיבים שליטה קורטיקלית

over the locomotor networks below the injury.

למערכת ההנעה מתחת לפגיעה.

And here, you can see one such example,

וכאן, תראו דוגמה כזו,

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

בה סימנו את הסיבים המגיעים מהמוח באדום.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

תא העצב הכחול מתחבר למרכז התנועה,

and what this constellation

ומשמעות הסידור החדש

of synaptic contacts means

של הסינפסות היא

is that the brain is reconnected with the locomotor center

שהמוח מחובר שוב למרכז התנועה

with only one relay neuron.

בעזרת אינטר-נוירון אחד בלבד.

But the remodeling was not restricted

אבל השיקום לא הוגבל

to the lesion area.

לאזור הפגיעה.

It occurred throughout the central nervous system,

הוא קרה ברחבי מערכת העצבים המרכזית,

including in the brain stem,

כולל גזע המוח,

where we observed up to 300-percent increase

בו ראינו עליה של עד 300%

in the density of fibers coming from the brain.

בצפיפות סיבי העצב שמגיעים מהמוח.

We did not aim to repair the spinal cord,

לא ניסינו לתקן את חוט השדרה,

yet we were able to promote

אבל הצלחנו לגרום

one of the more extensive remodeling

לאחד מתהליכי התיקון הנרחבים

of axonal projections ever observed

של שלוחות עצביות שתועד אי פעם

in the central nervous system of adult mammal

במערכת העצבים המרכזית של יונק בוגר

after an injury.

לאחר פציעה.

And there is a very important message

ויש מסר חשוב מאד

hidden behind this discovery.

מאחורי התגלית שלנו.

They are the result of a young team

התגלית התבססה על צוות צעיר

of very talented people:

של אנשים מוכשרים:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

פיזיותרפיסטים, נוירוביולוגים, מנתחי מוח

engineers of all kinds,

מהנדסים מתחומים שונים,

who have achieved together

שהצליחו יחד להשיג

what would have been impossible by single individuals.

מה שאדם יחיד לא יכול היה לבצע.

This is truly a trans-disciplinary team.

מדובר בצוות רב-תחומי אמיתי.

They are working so close to each other

הם עובדים כל כך קרוב זה לזה

that there is horizontal transfer of DNA.

שהם מעבירים זה לזה DNA.

We are creating the next generation

אנחנו מגדלים את הדור הבא

of M.D.'s and engineers

של רופאים ומהנדסים

capable of translating discoveries all the way

שיהיו מסוגלים לתרגם תגליות כל הדרך

from bench to bedside.

משלוחן המעבדה אל מיטת החולה.

And me?

ואני?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

אני רק המנצח על נגינת הסימפוניה הנפלאה הזו.

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

ועכשיו, אתם בטח שואלים,

will this help injured people?

האם זה עוזר לאנשים פצועים?

Me too, every day.

גם אני שואל, כל יום.

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

האמת היא שאנחנו לא יודעים מספיק בשלב זה.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

זו ודאי אינה תרופה לחוט שדרה פצוע,

but I begin to believe that this may lead

אבל אני מאמין שהתגלית שלנו תאפשר

to an intervention to improve recovery

התערבויות רפואיות שיאיצו את ההחלמה

and people's quality of life.

וישפרו את איכות חיי הפצועים.

I would like you all

הייתי רוצה שכולכם

to take a moment and dream with me.

תחלמו איתי לרגע.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

דמיינו אדם שנפגע זה עתה בחוט השדרה.

After a few weeks of recovery,

ואחרי מספר שבועות בשיקום,

we will implant a programmable pump

נשתיל לו משאבה ממוחשבת

to deliver a personalized pharmacological cocktail

שתזריק קוקטייל תרופתי אישי

directly to the spinal cord.

ישירות לחוט השדרה הפגוע.

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

במקביל, יושתלו אלקטרודות,

a sort of second skin

כמו עור שני,

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

שיכסו את האזור בו חוט השדרה שולט בתנועת הרגליים,

and this array is attached to an electrical pulse generator

והאלקטרודות יתחברו למחולל אותות חשמליים

that delivers stimulations that are tailored

שיעביר גירויים שמותאמים

to the person's needs.

לצורכי האדם.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

זה יהיה משתל עצבי אלקטרו-כימי אישי

that will enable locomotion

שיאפשר תנועה

during training with a newly designed supporting system.

בזמן אימון עם מערכת תמיכה חדשנית.

And my hope is that after several months of training,

ואני מקווה שלאחרי מספר חודשי אימון,

there may be enough remodeling of residual connection

יחולו מספיק שינויים בעצבים שנותרו

to allow locomotion without the robot,

שיאפשרו תנועה גם ללא הרובוט התומך,

maybe even without pharmacology or stimulation.

ואולי אפילו ללא תרופות וגירויים חשמליים.

My hope here is to be able to create

אני מקווה שנצליח ליצור

the personalized condition

תנאים מותאמים אישית

to boost the plasticity of the brain

שיעודדו את הפלאסטיות של המוח

and the spinal cord.

ושל חוט השדרה.

And this is a radically new concept

וזוהי תפיסה חדשנית באופן קיצוני

that may apply to other neurological disorders,

שעשויה להשפיע גם על בעיות עצביות אחרות,

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

המושג "משתל עצבי מותאם אישית"

where by sensing and stimulating neural interfaces,

בו על ידי תחושה וגירוי של ממשקים עצביים,

I implanted throughout the nervous system,

שהשתלתי לאורך המערכת העצבית,

in the brain, in the spinal cord,

במוח, בחוט השדרה,

even in peripheral nerves,

אפילו בעצבים פריפרליים,

based on patient-specific impairments.

בהתאמה לפגיעה הספציפית של אותו החולה.

But not to replace the lost function, no --

אבל לא על מנת להחליף יכולת תפקוד אבודה, לא --

to help the brain help itself.

אלא כדי לעזור למוח לעזור לעצמו.

And I hope this enticed your imagination,

אני מקווה שהצלחתי לגרות את הדמיון שלכם,

because I can promise to you

כי אני יכול להבטיח לכם

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

שהשאלה היא לא אם המהפכה תתרחש,

but when.

אלא מתי.

And remember, we are only as great

חשוב לזכור, ההישגים שלנו גדולים רק כגודל

as our imagination, as big as our dream.

הדמיון שלנו, החלומות שלנו.

Thank you.

תודה לכם.

(Applause)

(מחיאות כפיים)