Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

グレゴワール・クルティーヌ: 全身麻痺のラットを歩かせる

翻訳: Ayumi McMullen 校正: Reiko Bovee

I am a neuroscientist

私は神経科学者ですが

with a mixed background in physics and medicine.

物理と医学を専門的に学びました

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

スイス連邦工科大学の研究室で

focuses on spinal cord injury,

脊髄損傷を研究しています

which affects more than 50,000 people

世界中で 毎年５万人以上の人が 脊髄損傷事故という

around the world every year,

世界中で 毎年５万人以上の人が 脊髄損傷事故という

with dramatic consequences for affected individuals,

そのほんの一瞬の出来事によって 人生が一転し

whose life literally shatters

そのほんの一瞬の出来事によって 人生が一転し

in a matter of a handful of seconds.

劇的な生活の変化に苦しんでいます

And for me, the Man of Steel,

『スーパーマン』を演じたー

Christopher Reeve,

クリストファー・リーヴにより

has best raised the awareness

脊髄損傷を負った人々の 苦脳に対する私の認識が高まり

on the distress of spinal cord injured people.

脊髄損傷を負った人々の 苦悩に対する私の認識が高まり

And this is how I started my own personal journey

私のこの分野の研究が

in this field of research,

私のこの分野の研究が

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

「クリストファー＆ダナ・リーヴ基金」で始まったのです

I still remember this decisive moment.

ある決定的瞬間を 今でも覚えています

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

ある日 いつものように 仕事を終えたばかりの時でした

with the foundation.

ある日 いつものように 仕事を終えたばかりの時でした

Chris addressed us, the scientists and experts,

クリスは私たち科学者や専門家に こう言ったのです

"You have to be more pragmatic.

「もっと現実的にならなきゃダメだ

When leaving your laboratory tomorrow,

明日 研究室を出る時はー

I want you to stop by the rehabilitation center

リハビリセンターに 立ち寄って欲しい

to watch injured people

患者の姿を—

fighting to take a step,

一歩踏み出すのに苦戦し—

struggling to maintain their trunk.

必死で 体を支える 彼らの姿を見て欲しいんだ

And when you go home,

そして家に帰ったら

think of what you are going to change in your research

彼らの状況を改善するには 研究の何を変えるべきかを考えて欲しい」

on the following day to make their lives better."

彼らの状況を改善するには 研究の何を変えるべきかを考えて欲しい」

These words, they stuck with me.

この言葉が ずっと心に残っています

This was more than 10 years ago,

もう10年以上前の事ですが

but ever since, my laboratory has followed

それ以来 我々の研究では 脊髄損傷から回復するための

the pragmatic approach to recovery

それ以来 我々の研究では 脊髄損傷から回復するための

after spinal cord injury.

実践的なアプローチを 行なってきました

And my first step in this direction

私が最初に行なった事は

was to develop a new model of spinal cord injury

新しく脊髄損傷のモデルを 作り出す事で

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

そのモデルは 人の脊髄損傷の 重要な特徴を備える一方

while offering well-controlled experimental conditions.

実験にも うまく使える状態で なくては なりませんでした

And for this purpose, we placed two hemisections

そのために ラットの脊髄の両側に メスを入れ 半側切断を行いました

on opposite sides of the body.

そのために ラットの脊髄の両側に メスを入れ 半側切断を行いました

They completely interrupt the communication

これで 脳と脊髄の伝達を 完全に遮断することになり

between the brain and the spinal cord,

これで 脳と脊髄の伝達を 完全に遮断することになり

thus leading to complete and permanent paralysis

足が完全に 永久的に麻痺してしまいます

of the leg.

足が完全に 永久的に麻痺してしまいます

But, as observed, after most injuries in humans,

でも 人の脊髄損傷の殆どには

there is this intervening gap of intact neural tissue

神経繊維の回復に利用できる 無傷の神経細胞が残っているのです

through which recovery can occur.

神経繊維の回復に利用できる 無傷の神経細胞が残っているのです

But how to make it happen?

でも その方法は？

Well, the classical approach

従来のアプローチは

consists of applying intervention

治療介入を施すことで

that would promote the growth of the severed fiber

切断された神経繊維を 元のように繋ぎ合うように

to the original target.

成長を促す方法です

And while this certainly remained the key for a cure,

これは今でも確かに 治癒の鍵となるものですが

this seemed extraordinarily complicated to me.

しかし私には あまりにも 複雑だと思えたのです

To reach clinical fruition rapidly,

速やかに臨床実験の成果を出すには

it was obvious:

明らかに

I had to think about the problem differently.

問題の見方を変えなければ いけませんでした

It turned out that more than 100 years of research

脊髄生理学における百年以上の

on spinal cord physiology,

脊髄生理学における百年以上の

starting with the Nobel Prize Sherrington,

ノーベル賞受賞者チャールズ・シェリントン から始まる研究では

had shown that

ノーベル賞受賞者チャールズ・シェリントン から始まる研究では

the spinal cord, below most injuries,

脊髄損傷した部分より下の脊髄には

contained all the necessary and sufficient neural networks

殆どの場合 歩行運動に必要な 神経回路は十分にありますが

to coordinate locomotion,

殆どの場合 歩行運動に必要な 神経回路は十分にありますが

but because input from the brain is interrupted,

脳からの情報が 遮断されているので

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

休眠状態のような機能していない 状態にあることが分っています

My idea: We awaken this network.

そこで 私は 回路を目覚めさせる事を考えました

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

当時 私はフランスで博士号取得後 ロスで博士研究員をしていました

after completing my Ph.D. in France,

当時 私はフランスで博士号取得後 ロスで博士研究員をしていました

where independent thinking

そこでは自立的な思考は 必ずしも歓迎されません

is not necessarily promoted.

そこでは自立的な思考は 必ずしも歓迎されません

(Laughter)

（笑）

I was afraid to talk to my new boss,

新しい上司に話すのが 怖かったのですが

but decided to muster up my courage.

勇気を出すことにしたのです

I knocked at the door of my wonderful advisor,

私の考えを聞いてもらおうと アドバイザーの レジー・エジャートン博士を訪ねました

Reggie Edgerton, to share my new idea.

私の考えを聞いてもらおうと アドバイザーの レジー・エジャートン博士を訪ねました

He listened to me carefully,

彼は 真剣に私の話を聞き

and responded with a grin.

そして にこっと笑って言ったのです

"Why don't you try?"

「やってみらどうだ」と これは間違いなく

And I promise to you,

「やってみらどうだ」と これは間違いなく

this was such an important moment in my career,

私のキャリアにおいて重要な瞬間でした

when I realized that the great leader

偉大な指導者が 若者と新しいアイデア を信じてくれていると知ったのです

believed in young people and new ideas.

偉大な指導者が 若者と新しいアイデア を信じてくれていると知ったのです

And this was the idea:

アイデアは こうです

I'm going to use a simplistic metaphor

複雑なコンセプトを説明するために シンプルな比喩を使いましょう

to explain to you this complicated concept.

複雑なコンセプトを説明するために シンプルな比喩を使いましょう

Imagine that the locomotor system is a car.

運動組織を車だと考えて下さい

The engine is the spinal cord.

エンジンは脊髄です

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

トランズミッションは切断され エンジンは止まりました

How could we re-engage the engine?

どうやって再起動しますか

First, we have to provide the fuel;

まず 燃料が必要です

second, press the accelerator pedal;

次に アクセルを踏んで

third, steer the car.

ハンドル操作も必要です

It turned out that there are known neural pathways

脳からの神経回路は

coming from the brain that play this very function

歩行中 まさに この機能を 司っています

during locomotion.

歩行中 まさに この機能を 司っています

My idea: Replace this missing input

私のアイデアは この損傷した回路に

to provide the spinal cord

私のアイデアは この損傷した回路に

with the kind of intervention

歩行の為に自然に脳がすることを 治療で補い施してあげることです

that the brain would deliver naturally in order to walk.

歩行の為に自然に脳がすることを 治療で補い施してあげることです

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

そのために神経科学で 20年学んだ事を活かしました

first to replace the missing fuel

まず 薬剤を使って 足りない燃料に置き換えました

with pharmacological agents

まず 薬剤を使って 足りない燃料に置き換えました

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

脊髄内のニューロンが 発火できるようにです

and second, to mimic the accelerator pedal

次に アクセルペダルの役割に 電気刺激を使いました

with electrical stimulation.

次に アクセルペダルの役割に 電気刺激を使いました

So here imagine an electrode

電極が脊髄に埋め込まれて

implanted on the back of the spinal cord

電極が脊髄に埋め込まれて

to deliver painless stimulation.

痛みのない刺激を与えます

It took many years, but eventually we developed

何年もかけ ついに 電気化学信号を使った

an electrochemical neuroprosthesis

神経補綴を開発し

that transformed the neural network

脊髄の神経回路を休眠状態から 機能状態に変えたのです

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

脊髄の神経回路を休眠状態から 機能状態に変えたのです

Immediately, the paralyzed rat can stand.

すぐに 全身麻痺していたマウスは 立てるようになりました

As soon as the treadmill belt starts moving,

トレッドミルが動き始めると

the animal shows coordinated movement of the leg,

その動きに合わせて足を 動かすようになったのです

but without the brain.

脳の指示なしにです

Here what I call "the spinal brain"

私が呼ぶ「脊髄脳」は

cognitively processes sensory information

足の動きからの感覚情報を認知処理し

arising from the moving leg

足の動きからの感覚情報を認知処理し

and makes decisions as to how to activate the muscle

筋肉の動かし方を決め

in order to stand, to walk, to run,

立ったり 歩いたりしました

and even here, while sprinting,

速く走っている時

instantly stand

トレッドミルが止まれば 立ち止まることさえできました

if the treadmill stops moving.

トレッドミルが止まれば 立ち止まることさえできました

This was amazing.

驚くべき事でした

I was completely fascinated by this locomotion

脳からの指示なしに歩行できたことに とても感動しました

without the brain,

脳からの指示なしに歩行できたことに とても感動しました

but at the same time so frustrated.

しかし同時に 歯がゆい思いもしました

This locomotion was completely involuntary.

この歩行は 随意運動ではないからです

The animal had virtually no control over the legs.

マウスは自分の足を全く コントロールすることはできません

Clearly, the steering system was missing.

明らかに「ハンドル操作」の システムがないのです

And it then became obvious from me

そして 私たちは従来の リハビリの理論の枠から

that we had to move away

そして 私たちは従来の リハビリの理論の粋から

from the classical rehabilitation paradigm,

脱却しなければならないと 気がつきました

stepping on a treadmill,

トレッドミルを歩かせ

and develop conditions that would encourage

脳が足に随意運動をさせる状態に

the brain to begin voluntary control over the leg.

回復させるというのが 嘗てのリハリビ方法でした

With this in mind, we developed a completely new

これを念頭に置きながら 全く新しいー

robotic system to support the rat

ラットがどの方向にも行けるよう 最新のロボットシステムを開発しました

in any direction of space.

ラットがどの方向にも行けるよう 最新のロボットシステムを開発しました

Imagine, this is really cool.

とってもよく出来てるんですよ

So imagine the little 200-gram rat

２百グラムの小さなラットを

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

２百キロのロボットにつなぎます

but the rat does not feel the robot.

しかし ラットはロボットを 感じる事はありません

The robot is transparent,

ロボットは単なる補助的なもので

just like you would hold a young child

赤ちゃんが初めて立ち上がる時 支えるのと同じです

during the first insecure steps.

赤ちゃんが初めて立ち上がる時 支えるのと同じです

Let me summarize: The rat received

つまり こうです ラットに脊髄損傷を与え

a paralyzing lesion of the spinal cord.

つまり こうです ラットに脊髄損傷を与え

The electrochemical neuroprosthesis enabled

電気化学信号を使った 神経プロテーゼで

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

脊髄運動性神経回路を 機能できる状態にします

The robot provided the safe environment

このロボットのお陰で ラットが麻痺した足を

to allow the rat to attempt anything

どのように動かしても 大丈夫なのです

to engage the paralyzed legs.

どのように動かしても 大丈夫なのです

And for motivation, we used what I think

動くモチベーションのためには

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

スイスで最強の薬を使いました

fine Swiss chocolate.

おいしいスイスチョコレートです

(Laughter)

（笑）

Actually, the first results were very, very,

実は 最初の結果には とても とても・・・

very disappointing.

とっても 落胆させられました

Here is my best physical therapist

彼女は最高の理学療法士ですが

completely failing to encourage the rat

ラットに 一歩を踏み出させるのに 大失敗しています

to take a single step,

ラットに 一歩を踏み出させるのに 大失敗しています

whereas the same rat, five minutes earlier,

５分前には 問題なく歩いていた 同じラットがです

walked beautifully on the treadmill.

５分前には 問題なく歩いていた 同じラットがです

We were so frustrated.

私たちは 焦りを感じました

But you know, one of the most essential qualities

しかし ご存知のように科学者に 最も要求される資質は 忍耐力です

of a scientist is perseverance.

しかし ご存知のように科学者に 最も要求される資質は 忍耐力です

We insisted. We refined our paradigm,

粘り強く 我々の理論に改良を重ね

and after several months of training,

何ヶ月もの訓練の後

the otherwise paralyzed rat could stand,

麻痺したラットは 自分の意志で立ち

and whenever she decided,

麻痺したラットは 自分の意志で立ち

initiated full weight-bearing locomotion

自らご褒美に向かって 体重を支えて走ったのです

to sprint towards the rewards.

自らご褒美に向かって 体重を支えて走ったのです

This is the first recovery ever observed

これは 初めて見られた 足の随意運動で

of voluntary leg movement

これは 初めて見られた 足の随意運動で

after an experimental lesion of the spinal cord

全身麻痺モデル作成後 最初の回復への兆しでした

leading to complete and permanent paralysis.

全身麻痺モデル作成後 最初の回復への兆しでした

In fact --

実は・・・

(Applause)

（拍手）

Thank you.

ありがとう

In fact, not only could the rat initiate

それに ラットが自分の意志で 平地を歩き続けただけでなく

and sustain locomotion on the ground,

それに ラットが自分の意志で 平地を歩き続けただけでなく

they could even adjust leg movement,

足の動きを調節する事もできたのです

for example, to resist gravity

例えば 階段を登るために

in order to climb a staircase.

重力に逆らいました

I can promise you this was

これは 本当に研究室における 感動的な瞬間でした

such an emotional moment in my laboratory.

これは 本当に研究室における 感動的な瞬間でした

It took us 10 years of hard work

この目標に到達するまで 10年努力してきたのです

to reach this goal.

この目標に到達するまで 10年努力してきたのです

But the remaining question was, how?

しかし 残った問題は この仕組みです

I mean, how is it possible?

なぜ こんなことが可能なのでしょう?

And here, what we found

実は 私たちが発見した事は まったく予期せぬものでした

was completely unexpected.

実は 私たちが発見した事は まったく予期せぬものでした

This novel training paradigm

この画期的な訓練によって

encouraged the brain to create new connections,

脳が新しい回路を 作れるようになったのです

some relay circuits

ある種のリレー回路で

that relay information from the brain

脳からの情報をリレーして

past the injury and restore cortical control

損傷部を通り その下の運動神経回路の 皮質制御を復元したのです

over the locomotor networks below the injury.

損傷部を通り その下の運動神経回路の 皮質制御を復元したのです

And here, you can see one such example,

その一つの例が これです

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

脳から来ている線維を 赤にしてあります

This blue neuron is connected with the locomotor center,

青いニューロンが 運動中枢につながっています

and what this constellation

このシナプス接合の集まりが 意味することは

of synaptic contacts means

このシナプス接合の集まりが 意味することは

is that the brain is reconnected with the locomotor center

脳はたった１つのリレーニューロンで 運動中枢に再接続しているということです

with only one relay neuron.

脳はたった１つのリレーニューロンで 運動中枢に再接続しているということです

But the remodeling was not restricted

しかし この再構築は 損傷部分に限られていませんでした

to the lesion area.

しかし この再構築は 損傷部分に限られていませんでした

It occurred throughout the central nervous system,

脳幹を含む中枢神経組織に渡っても 起こっていて

including in the brain stem,

脳幹を含む中枢神経組織に渡っても 起こっていて

where we observed up to 300-percent increase

脳からくる線維の密度が 最大 300％も上昇していました

in the density of fibers coming from the brain.

脳からくる線維の密度が 最大 300％も上昇していました

We did not aim to repair the spinal cord,

脊髄自体を修復するのが 目的ではありませんでしたが

yet we were able to promote

受損した 大人のほ乳類の 中枢神経組織に

one of the more extensive remodeling

受損した 大人のほ乳類の 中枢神経組織に

of axonal projections ever observed

これ程の軸索投射の 再構築に成功したのは

in the central nervous system of adult mammal

これ程の軸索投射の 再構築に成功したのは

after an injury.

稀な事です

And there is a very important message

この発見には 隠れた重要なメッセージがあります

hidden behind this discovery.

この発見には 隠れた重要なメッセージがあります

They are the result of a young team

それは 才能ある若いチームの功績です

of very talented people:

それは 才能ある若いチームの功績です

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

理学療法士 神経生物学者 神経外科医

engineers of all kinds,

様々なジャンルの技師たち

who have achieved together

一人では決して成し遂げられなかった事を 共に達成しました

what would have been impossible by single individuals.

一人では決して成し遂げられなかった事を 共に達成しました

This is truly a trans-disciplinary team.

まさに専門分野を超えたチームです

They are working so close to each other

密接な共同作業の中

that there is horizontal transfer of DNA.

専門知識を共有し合ったので

We are creating the next generation

実験での発見を 実践的に応用出来る

of M.D.'s and engineers

実験での発見を 実践的に応用出来る

capable of translating discoveries all the way

新世代の医学士と技師が 生まれているのです

from bench to bedside.

新世代の医学士と技師が 生まれているのです

And me?

私の役目は？

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

私はこの美しいオーケストラの 指揮者に過ぎません

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

さて 皆さんは こう思っているでしょう

will this help injured people?

これで患者を助けられるのか？

Me too, every day.

私も毎日 考えています

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

正直に言うと 私たちには 分らない事がまだ一杯です

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

これは 確かにまだ脊随損傷の 治療にはなりません

but I begin to believe that this may lead

しかし これが脊損からの回復や 患者の生活を改善することにー

to an intervention to improve recovery

しかし これが脊損からの回復や 患者の生活を改善することにー

and people's quality of life.

役立つと私は信じています

I would like you all

ちょっと私と一緒に 空想してみて下さい

to take a moment and dream with me.

ちょっと私と一緒に 空想してみて下さい

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

脊髄損傷を負った直後の人を 想像してください

After a few weeks of recovery,

回復期 数週間目に

we will implant a programmable pump

脊髄に直接 薬剤を送れるよう

to deliver a personalized pharmacological cocktail

プログラムで制御されたポンプを 埋め込みます

directly to the spinal cord.

プログラムで制御されたポンプを 埋め込みます

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

同時に 電極アレイも組み込みます

a sort of second skin

足の動きを管理する 脊髄のエリアを カバーする皮膚のようなものです

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

足の動きを管理する 脊髄のエリアを カバーする皮膚のようなものです

and this array is attached to an electrical pulse generator

この電極アレイは 電子パルス発生器につながっており

that delivers stimulations that are tailored

その人に必要な程度の 刺激を与えます

to the person's needs.

その人に必要な程度の 刺激を与えます

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

これが個別化された 電気化学神経プロテーゼで

that will enable locomotion

新たな補助システムを使った リハビリで歩行を可能にします

during training with a newly designed supporting system.

新たな補助システムを使った リハビリで歩行を可能にします

And my hope is that after several months of training,

私の望みでは 数ヶ月のリハビリの後

there may be enough remodeling of residual connection

受損後の回路が 十分に再形成され

to allow locomotion without the robot,

ロボットなしで 動けるようになることです

maybe even without pharmacology or stimulation.

薬や刺激を与えなくても いいかもしれません

My hope here is to be able to create

今 私がしようとしているのは

the personalized condition

脳や脊髄の柔軟性を高めるために

to boost the plasticity of the brain

個別化された環境を作ることです

and the spinal cord.

個別化された環境を作ることです

And this is a radically new concept

これは画期的な考えであり

that may apply to other neurological disorders,

他の神経障害にも 適用できるかもれません

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

これは “個別化神経プロテーゼ”と 私が 呼ぶもので

where by sensing and stimulating neural interfaces,

感知し刺激することにより 修復を促すインターフェイスを

I implanted throughout the nervous system,

脳や脊髄そして末端神経まで 神経組織全体に埋め込みます

in the brain, in the spinal cord,

脳や脊髄そして末端神経まで 神経組織全体に埋め込みます

even in peripheral nerves,

脳や脊髄そして末端神経まで 神経組織全体に埋め込みます

based on patient-specific impairments.

患者それぞれの損傷に 合わせたものです

But not to replace the lost function, no --

しかし 失われた機能を 置き換えるのではありません

to help the brain help itself.

脳が 自ら回復できるよう 手助けをするのです

And I hope this enticed your imagination,

想像をかき立てられたでしょうか

because I can promise to you

この革命は 「起きるかどうか」ではなく

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

この革命は 「起きるかどうか」ではなく

but when.

「いつ起こるか」です

And remember, we are only as great

心の思い描けないものは 実現できません

as our imagination, as big as our dream.

大きく夢見ることが大切なのです

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

（拍手）