Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

번역: Jaeri Seperack 검토: Gemma Lee

I am a neuroscientist

저는 신경 과학자입니다.

with a mixed background in physics and medicine.

물리학과 약학도 공부했습니다.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

스위스 연방 공과대학에 있는 제 연구실에서는

focuses on spinal cord injury,

척수 손상에 관한 연구에 주력하고 있습니다.

which affects more than 50,000 people

척수 손상은 해마다 전 세계에서

around the world every year,

5만명이 넘는 사람들에게 영향을 미치고

with dramatic consequences for affected individuals,

손상을 입은 개인들은 엄청난 결과를 맞게 됩니다.

whose life literally shatters

단 몇 초만에

in a matter of a handful of seconds.

그들의 삶이 그야말로 산산조각 납니다.

And for me, the Man of Steel,

저는 영화 "맨 오브 스틸"의 주인공인

Christopher Reeve,

크리스토퍼 리브 덕분에

has best raised the awareness

척수 손상을 입은 사람들의 고통을

on the distress of spinal cord injured people.

잘 알 수 있었습니다.

And this is how I started my own personal journey

이것이 "크리스토퍼와 다나 리브 재단"과 함께 일하면서

in this field of research,

이 분야를 연구하게 된

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

제 개인적 여정의 계기가 되었습니다.

I still remember this decisive moment.

저는 그 결정적 순간을 아직도 기억합니다.

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

그 재단에서 일하던 평범한 하루가

with the foundation.

거의 끝나갈 무렵이었습니다.

Chris addressed us, the scientists and experts,

크리스가 저희 과학자들과 전문가들을 불러

"You have to be more pragmatic.

"여러분들이 좀 더 실용적이 되어야겠습니다.

When leaving your laboratory tomorrow,

내일 여러분들이 연구실을 나갈 때

I want you to stop by the rehabilitation center

재활센터에 좀 들려서

to watch injured people

한 걸음을 내딛기 위해

fighting to take a step,

몸을 가누기 위해 고군분투하는

struggling to maintain their trunk.

환자들을 한번 봐 주셨으면 합니다.

And when you go home,

그리고 집에 돌아가서

think of what you are going to change in your research

환자들의 삶을 나아지게 하려면

on the following day to make their lives better."

여러분이 하는 연구를 어떻게 바꿔야할지 생각해 주십시오."

These words, they stuck with me.

그 말이 저를 떠나지 않았습니다.

This was more than 10 years ago,

십 년도 더 지난 일인데 말입니다.

but ever since, my laboratory has followed

그 이후 제 연구실에선

the pragmatic approach to recovery

척수 손상 회복을 위한

after spinal cord injury.

실용적인 연구가 계속되었습니다.

And my first step in this direction

여기서 가장 첫 단계는

was to develop a new model of spinal cord injury

척수 손상의 새로운 모델을 개발하는 것이었습니다.

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

잘 통제된 연구 환경을 제공하는 동시에

while offering well-controlled experimental conditions.

사람이 입은 척수 손상의 주요 특징을 가장 비슷하게 만드는 것이죠.

And for this purpose, we placed two hemisections

이런 목적으로

on opposite sides of the body.

실험 쥐의 몸을 이등분하였습니다.

They completely interrupt the communication

그렇게 뇌와 척수 사이의 연결을

between the brain and the spinal cord,

완전이 끊어버림으로써

thus leading to complete and permanent paralysis

다리를 영구적으로

of the leg.

마비시키는 겁니다.

But, as observed, after most injuries in humans,

하지만 사람들은 부상을 입은 뒤에

there is this intervening gap of intact neural tissue

손상되지 않은 신경 조직을 통해

through which recovery can occur.

회복이 되는 경우가 있습니다.

But how to make it happen?

하지만 어떻게 그렇게 만들까요?

Well, the classical approach

전통적인 접근 방법은

consists of applying intervention

절단된 신경 섬유를 원래대로

that would promote the growth of the severed fiber

성장하게끔

to the original target.

개입하는 것이죠.

And while this certainly remained the key for a cure,

이것이 치료의 핵심임은 틀림없지만

this seemed extraordinarily complicated to me.

저에게는 엄청나게 복잡하게 보였습니다.

To reach clinical fruition rapidly,

임상 치료의 결과를 빨리 얻기 위해서는

it was obvious:

그 문제를 다르게 생각할

I had to think about the problem differently.

필요가 있었습니다.

It turned out that more than 100 years of research

노벨상을 받은 셰링턴을 시작으로

on spinal cord physiology,

100년이 넘은 척수 생리학 연구에서

starting with the Nobel Prize Sherrington,

밝혀진 사실이 있습니다.

had shown that

손상을 입은 대부분의 경우 살처 아래의 척수는

the spinal cord, below most injuries,

운동을 조절하는데

contained all the necessary and sufficient neural networks

필요한 신경 조직망을

to coordinate locomotion,

충분히 갖추고 있습니다.

but because input from the brain is interrupted,

하지만 뇌가 전달하는 내용이 중단되었기 때문에

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

마치 휴면 상태처럼 기능을 상실한 상태에 놓이는 것입니다.

My idea: We awaken this network.

제 생각은 이 네트워크를 깨우는 것이었습니다.

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

그 당시 저는 로스엔젤레스에서 박사후 과정에 있였죠.

after completing my Ph.D. in France,

프랑스에서 박사학위를 마쳤는데

where independent thinking

그곳은 독립적 사고를 하도록

is not necessarily promoted.

북돋워주는 곳이 아니었습니다.

(Laughter)

(웃음)

I was afraid to talk to my new boss,

새 상사에게 이야기를 꺼내기가 망설여졌지만

but decided to muster up my courage.

용기를 좀 내야겠다고 결심했습니다.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

훌륭한 레지 에드거튼 지도 교수님과 제 생각을 나누려고

Reggie Edgerton, to share my new idea.

그분의 방문을 두드렸습니다.

He listened to me carefully,

교수님은 제 말을 잘 들으시고는

and responded with a grin.

미소로 답하셨습니다.

"Why don't you try?"

"시도해 보지 그러나?"

And I promise to you,

제가 맹세하건데

this was such an important moment in my career,

그때는 제 경력에서 아주 중요한 순간이었습니다.

when I realized that the great leader

대단한 지도자는 젊은이들과 그들의 새로운 생각들을

believed in young people and new ideas.

믿어준다는 걸 깨달은 때였습니다.

And this was the idea:

이것이 제 생각이었습니다.

I'm going to use a simplistic metaphor

여러분에게 이 복잡한 개념을 설명하기 위해서

to explain to you this complicated concept.

단순한 비유를 해볼까 합니다.

Imagine that the locomotor system is a car.

운동 체계가 차라고 생각해 보세요.

The engine is the spinal cord.

엔진이 척수입니다.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

변속기가 방해 받아 엔진이 멈춰버렸습니다.

How could we re-engage the engine?

어떻게 엔진을 다시 작동시킬 수 있을까요?

First, we have to provide the fuel;

첫째로, 연료를 제공해야 합니다.

second, press the accelerator pedal;

두번째로, 가속 페달을 밟아야죠.

third, steer the car.

세번째로, 차를 몹니다.

It turned out that there are known neural pathways

운동이 이루어지는 동안

coming from the brain that play this very function

이 기능을 잘 실행하는

during locomotion.

뇌에서 오는 신경 경로들이 있다는 것이 밝혀졌습니다.

My idea: Replace this missing input

제 생각은 이 누락된 입력을 대체하여

to provide the spinal cord

척수에 개입하여

with the kind of intervention

뇌가 자연스럽게 명령을 내려

that the brain would deliver naturally in order to walk.

걸을 수 있게 하는거죠.

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

이를 위해 저는 과거 20년동안의 신경 과학의 연구 결과를 끌어모았습니다.

first to replace the missing fuel

첫째로, 약품으로

with pharmacological agents

누락된 연료를 대체하였습니다.

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

척수에서 신경 세포가 발사되기 위한 준비였어요.

and second, to mimic the accelerator pedal

두번째로, 전기 자극으로

with electrical stimulation.

가속 페달을 흉내내 보았습니다.

So here imagine an electrode

고통없는 자극을 주기 위해서

implanted on the back of the spinal cord

척수 뒤에 심은

to deliver painless stimulation.

전극을 상상해 보세요.

It took many years, but eventually we developed

몇년이나 걸렸지만, 결국 우리는

an electrochemical neuroprosthesis

전기 화학적 신경 보정술을 개발했습니다.

that transformed the neural network

척수 안에 있는 휴면기 상태의 신경 네트워크를

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

기능이 잘 되는 상태로 바꾸어 주었습니다.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

마비된 쥐가 곧바로 일어설 수 있습니다.

As soon as the treadmill belt starts moving,

러닝머신의 벨트가 움직이자마자

the animal shows coordinated movement of the leg,

쥐는 조절된 다리의 움직임을 보여주었습니다.

but without the brain.

하지만 뇌와 상관없이 말이죠.

Here what I call "the spinal brain"

인지적으로 감각 정보를 처리하는 그것을

cognitively processes sensory information

저는 "척수의 뇌"라 부릅니다.

arising from the moving leg

움직이는 다리에서 오는

and makes decisions as to how to activate the muscle

감각 정보를 인지하고 처리하죠.

in order to stand, to walk, to run,

서고, 걷고, 달리고, 뛰기 위해서 근육을 어떻게 움직여야 하는지 결정합니다.

and even here, while sprinting,

심지어 전력 질주하는 동안에도

instantly stand

러닝머신이 멈추면

if the treadmill stops moving.

즉시 서 있어요.

This was amazing.

대단했습니다.

I was completely fascinated by this locomotion

저는 뇌와 상관없는 이 운동에

without the brain,

정말 놀랐지만

but at the same time so frustrated.

동시에 실망했습니다.

This locomotion was completely involuntary.

이 운동은 완전히 무의식적인 것입니다.

The animal had virtually no control over the legs.

쥐는 다리를 조절하지 못합니다.

Clearly, the steering system was missing.

정확히는 조정 체계를 잃어버린 것입니다.

And it then became obvious from me

그때 아주 분명해졌습니다.

that we had to move away

러닝머신 위에서 걷게하는

from the classical rehabilitation paradigm,

전통적 재활 형태에서

stepping on a treadmill,

벗어나야 했다는 것을요.

and develop conditions that would encourage

대신 뇌가 다리를 의식적으로 조절하도록

the brain to begin voluntary control over the leg.

북돋워주게끔 발전시켜야 했다는 것을 깨달았습니다.

With this in mind, we developed a completely new

이런 생각을 품고 쥐가 어떤 방향으로 움직이든

robotic system to support the rat

쥐를 뒷받쳐줄 아주 새로운

in any direction of space.

로봇 체계를 개발했습니다.

Imagine, this is really cool.

상상해 보세요. 정말 대단한 겁니다.

So imagine the little 200-gram rat

200 kg 로봇의 끝에 달려있는

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

200g의 작은 쥐를 상상해 보세요.

but the rat does not feel the robot.

그 쥐는 로봇을 느끼지 못합니다.

The robot is transparent,

우리가 불안한 첫 걸음을 떼는

just like you would hold a young child

아이를 안아주려고 하듯이

during the first insecure steps.

로봇은 투명합니다.

Let me summarize: The rat received

요약하겠습니다. 그 쥐는

a paralyzing lesion of the spinal cord.

척수가 손상되어 마비되었습니다.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

전기화학적 신경 보정술로 척수 운동 네트워크가

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

잘 기능하도록 만들어 놓았습니다.

The robot provided the safe environment

로봇은 안정된 환경을 제공해서

to allow the rat to attempt anything

쥐가 마비된 다리를 움직이는

to engage the paralyzed legs.

어떤 시도든 다 해볼 수 있도록 했습니다.

And for motivation, we used what I think

동기를 부여하기 위해 우리가 생각하는

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

스위스에서 가장 강력한 효과를 가진 약을 사용했습니다.

fine Swiss chocolate.

고급 스위스 초콜렛이죠.

(Laughter)

(웃음)

Actually, the first results were very, very,

사실 처음 결과는 아주 아주

very disappointing.

아주 실망스러웠습니다.

Here is my best physical therapist

여기 최고의 물리 치료사가 있는데

completely failing to encourage the rat

쥐가 겨우 한 걸음 내딛게 하는데도

to take a single step,

완전히 실패했습니다.

whereas the same rat, five minutes earlier,

이 쥐는 5분 전에

walked beautifully on the treadmill.

러닝머쉰을 아름답게 걸었죠.

We were so frustrated.

우리는 매우 실망했습니다.

But you know, one of the most essential qualities

하지만 아시다시피 과학자가 가져야 할

of a scientist is perseverance.

가장 필수적인 자질 중 하나는 끈기입니다.

We insisted. We refined our paradigm,

우리는 계속했습니다. 체계를 더 정밀하게 하고

and after several months of training,

몇 개월의 훈련 후에

the otherwise paralyzed rat could stand,

마비된 쥐가 일어설 수 있었습니다.

and whenever she decided,

그리고 그 쥐가 마음이 내키면

initiated full weight-bearing locomotion

보상이 있는 쪽으로 전력 질주하기 위해

to sprint towards the rewards.

전 무게를 감당하는 운동을 시작했습니다.

This is the first recovery ever observed

이것은 완전 영구적 마비로 이끈

of voluntary leg movement

척수 손상 후에 관찰된

after an experimental lesion of the spinal cord

의식적인 다리의 움직임을 보이는

leading to complete and permanent paralysis.

첫 회복이었습니다.

In fact --

사실은..

(Applause)

(박수)

Thank you.

고맙습니다.

In fact, not only could the rat initiate

사실 그 쥐는 땅 위에서 운동을 시작하고

and sustain locomotion on the ground,

유지할 수 있었을 뿐 아니라

they could even adjust leg movement,

다리의 움직임까지도 조절할 수 있었습니다.

for example, to resist gravity

예를 들어, 계단을 올라가기 위해서

in order to climb a staircase.

중력을 견디기도 합니다.

I can promise you this was

이 순간은 제 연구실에서

such an emotional moment in my laboratory.

정말 감동적인 순간이었다는 걸 말씀드립니다.

It took us 10 years of hard work

이 목표에 도달하기까지

to reach this goal.

10년이란 힘든 시간이 걸렸습니다.

But the remaining question was, how?

하지만 남아있는 질문은 어떻게? 입니다.

I mean, how is it possible?

어떻게 그게 가능할까? 입니다.

And here, what we found

우리가 알아낸 것은

was completely unexpected.

전혀 예상하지 못했던 것이었습니다.

This novel training paradigm

이 기발한 훈련 체계는

encouraged the brain to create new connections,

뇌를 자극해서 새로운 연결 부위를 만들게 하고

some relay circuits

몇몇 전달 회로가

that relay information from the brain

손상된 곳을 지나

past the injury and restore cortical control

운동 네트워크를 통제하는

over the locomotor networks below the injury.

대뇌피질을 재건하도록 합니다.

And here, you can see one such example,

여기서 여러분들은 그런 예를 하나 보실 수 있습니다.

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

뇌에서 나오는 섬유질을 빨간색으로 표시합니다.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

이 푸른색 신경 세포는 운동 센터와 연결이 되어있고.

and what this constellation

이 시냅스 접촉 다발이

of synaptic contacts means

의미하는 건

is that the brain is reconnected with the locomotor center

뇌가 오직 하나의 연결 뉴런으로

with only one relay neuron.

운동 센터와 다시 연결되었다는 뜻입니다.

But the remodeling was not restricted

하지만 그 리모델링은 손상 부분에만

to the lesion area.

제한되지 않았습니다.

It occurred throughout the central nervous system,

그것은 뇌간을 포함한

including in the brain stem,

중앙 신경계 전체에서 일어났습니다.

where we observed up to 300-percent increase

뇌로부터 오는 섬유질의 밀도가

in the density of fibers coming from the brain.

300 %까지 증가된 걸 관찰할 수 있었습니다.

We did not aim to repair the spinal cord,

척수를 치료하는 것을 목표로 하지는 않았지만

yet we were able to promote

손상 이후

one of the more extensive remodeling

성인 포유류의 중앙 신경계에서 관찰되었던

of axonal projections ever observed

축삭돌기의

in the central nervous system of adult mammal

광대한 리모델링 중 하나를

after an injury.

촉진시킬 수 있었습니다.

And there is a very important message

이 발견뒤에 감추어진

hidden behind this discovery.

아주 중요한 메세지가 있습니다.

They are the result of a young team

그것은 능력이 매우 뛰어난 젊은이들로 구성된

of very talented people:

팀의 결과물이었습니다.

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

물리치료사들, 신경 생물학자들,

engineers of all kinds,

신경외과 의사들과 모든 분야의 기술자들이

who have achieved together

혼자 힘으로는 불가능했을지도 모르는 것들을

what would have been impossible by single individuals.

함께 이루어냈습니다.

This is truly a trans-disciplinary team.

이들은 전문 분야를 뛰어넘는 팀입니다.

They are working so close to each other

그들은 서로가 아주 가까이서 일하기 때문에

that there is horizontal transfer of DNA.

유전자가 수평으로 이동합니다.

We are creating the next generation

우리는 다음 세대의

of M.D.'s and engineers

의학박사와 기술자들을 육성하고 있습니다.

capable of translating discoveries all the way

이들은 '실험대에서 침대로' 가는 과정과 관련하여

from bench to bedside.

발견한 사실들을 해석하는 능력이 있습니다.

And me?

저요?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

그냥 이 아름다운 교향악단의 지휘자일 뿐입니다.

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

이제 여러분들은 모두 궁금해하시겠죠?

will this help injured people?

이게 부상당한 사람들에게 도움이 될까요?

Me too, every day.

저도 날마다 그런 생각을 합니다.

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

사실 우리는 충분할만큼 알지 못합니다.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

이것이 척수 손상을 위한 치료는 확실히 아니지만

but I begin to believe that this may lead

회복에 도움이 되고 삶의 질을 개선시킬

to an intervention to improve recovery

중개자가 될지도 모른다고

and people's quality of life.

저는 믿기 시작했습니다.

I would like you all

저는 여러분 모두가

to take a moment and dream with me.

시간을 내서 저와 함께 꿈꾸기를 원합니다.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

한 사람이 척수 손상으로 고통을 겪고 있다고 상상해 보세요.

After a few weeks of recovery,

몇 주동안 회복한 후에

we will implant a programmable pump

우리는 맞춤형 약물을 전달하는

to deliver a personalized pharmacological cocktail

프로그램이 가능한 펌프를

directly to the spinal cord.

척수에 직접 심을 것입니다.

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

동시에 우리는

a sort of second skin

다리 운동을 통제하는 척추 부분을 덮는

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

제 2의 피부 역할을 하는 일련의 전극을 심을 것입니다.

and this array is attached to an electrical pulse generator

이 배열은

that delivers stimulations that are tailored

사람의 필요에 맞춘 자극을 전달하는

to the person's needs.

전기 박동 생성기에 부착되어 있습니다.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

이것은 맞춤형 전기화학적 보철물로서

that will enable locomotion

새롭게 설계한 지지 시스템을 통해

during training with a newly designed supporting system.

운동이 가능하게 합니다.

And my hope is that after several months of training,

그리고 제 희망은 몇 달간의 훈련 뒤에는

there may be enough remodeling of residual connection

남아있는 연결에 충분한 리모델링이 일어나서

to allow locomotion without the robot,

로봇이나, 약물, 자극이 없이도

maybe even without pharmacology or stimulation.

운동이 가능해지는 것입니다.

My hope here is to be able to create

여기서 제 희망은

the personalized condition

뇌와 척추의 유연성을

to boost the plasticity of the brain

높이기 위해 맞춤 상태를

and the spinal cord.

만들어 내는 것입니다.

And this is a radically new concept

이것은 다른 신경 생물학적 장애에도 적용할 수 있는

that may apply to other neurological disorders,

아주 새로운 개념입니다.

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

저는 "맞춤형 신경 보정술"이라 부릅니다.

where by sensing and stimulating neural interfaces,

여기서 제가 환자의 특정한 손상을 고려하여

I implanted throughout the nervous system,

뇌와 척수,

in the brain, in the spinal cord,

말초신경에

even in peripheral nerves,

심어놓은 신경 인터페이스를

based on patient-specific impairments.

자극하고 감지합니다.

But not to replace the lost function, no --

하지만 상실된 기능을 대체하는 것이 아닙니다.

to help the brain help itself.

뇌가 스스로 돕게 하려는 겁니다.

And I hope this enticed your imagination,

전 이것이 여러분의 상상력을 부추기기를 희망합니다.

because I can promise to you

이 혁명이 일어날지 말지의 문제가 아니라

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

언제 일어날지의

but when.

문제이기 때문입니다.

And remember, we are only as great

우리는 상상하는 만큼

as our imagination, as big as our dream.

꿈꾸는 만큼 위대할 뿐이라는 것을 기억하십시오.

Thank you.

고맙습니다.

(Applause)

(박수)