Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Tłumaczenie: Małgosia Makowska Korekta: Rysia Wand

I am a neuroscientist

Jestem neurologiem,

with a mixed background in physics and medicine.

powiązanym z fizyką i medycyną.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

Moje laboratorium w Szwajcarskim Krajowym Instytucie Technicznym

focuses on spinal cord injury,

koncentruje się na urazach rdzenia kręgowego,

which affects more than 50,000 people

które dotykają ponad 50 tysięcy ludzi

around the world every year,

na świecie każdego roku,

with dramatic consequences for affected individuals,

z dramatycznymi konsekwencjami dla osób,

whose life literally shatters

których życie dosłownie się rozpadło

in a matter of a handful of seconds.

w ciągu kilku sekund.

And for me, the Man of Steel,

Moim zdaniem, człowiek ze stali,

Christopher Reeve,

Christopher Reeve,

has best raised the awareness

uświadomił nam udręki

on the distress of spinal cord injured people.

ludzi z uszkodzonym rdzeniem kręgowym.

And this is how I started my own personal journey

Tak się zaczęła moja osobista podróż

in this field of research,

w tej dziedzinie badań,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

od współpracy z Fundacją Christophera i Dany Reeve.

I still remember this decisive moment.

Pamiętam decydujący moment.

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

Kończyłem właśnie normalny dzień pracy

with the foundation.

w fundacji.

Chris addressed us, the scientists and experts,

Chris zwrócił się do nas, naukowców i ekspertów:

"You have to be more pragmatic.

"Musicie być bardziej praktyczni.

When leaving your laboratory tomorrow,

Opuszczając jutro laboratorium,

I want you to stop by the rehabilitation center

zatrzymajcie się przy centrum rehabilitacyjnym

to watch injured people

i popatrzcie na kalekich ludzi,

fighting to take a step,

walczących o każdy krok,

struggling to maintain their trunk.

zmagających się z utrzymaniem tułowia.

And when you go home,

Kiedy pójdziecie do domu

think of what you are going to change in your research

pomyślcie, co zmienić w badaniach

on the following day to make their lives better."

następnego dnia, aby poprawić im życie".

These words, they stuck with me.

Te słowa utkwiły mi w pamięci.

This was more than 10 years ago,

Było to ponad 10 lat temu,

but ever since, my laboratory has followed

lecz od tamtej pory przyjęliśmy w laboratorium

the pragmatic approach to recovery

pragmatyczne podejście do leczenia

after spinal cord injury.

kontuzji rdzenia kręgowego.

And my first step in this direction

Pierwszym krokiem było opracowanie

was to develop a new model of spinal cord injury

nowego wzorca kontuzji rdzenia,

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

który odpowiadałby kluczowym cechom obrażeń ludzkich,

while offering well-controlled experimental conditions.

umożliwiając jednocześnie kontrolę warunków badawczych.

And for this purpose, we placed two hemisections

W tym celu dokonaliśmy dwóch hemisekcji

on opposite sides of the body.

po przeciwnych stronach ciała.

They completely interrupt the communication

Zupełnie zakłóciły komunikację

between the brain and the spinal cord,

między mózgiem i rdzeniem kręgowym,

thus leading to complete and permanent paralysis

co doprowadziło do całkowitego

of the leg.

i trwałego paraliżu nogi.

But, as observed, after most injuries in humans,

Wiadomo, że po większości urazów

there is this intervening gap of intact neural tissue

zostaje pasmo nienaruszonej tkanki nerwowej,

through which recovery can occur.

umożliwiające powrót do zdrowia.

But how to make it happen?

Jak tego dokonać?

Well, the classical approach

Podejście klasyczne

consists of applying intervention

obejmuje zastosowanie zabiegu,

that would promote the growth of the severed fiber

który pobudza wzrost uszkodzonych włókien

to the original target.

do wyjściowej wielkości.

And while this certainly remained the key for a cure,

Chociaż to klucz do leczenia,

this seemed extraordinarily complicated to me.

wydaje się niezwykle skomplikowany.

To reach clinical fruition rapidly,

By osiągnąć szybki efekt kliniczny,

it was obvious:

było oczywiste,

I had to think about the problem differently.

że muszę inaczej podejść do problemu.

It turned out that more than 100 years of research

Otóż ponad stuletnie badania

on spinal cord physiology,

fizjologii rdzenia kręgowego,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

począwszy od noblisty Sherringtona,

had shown that

wykazały, że rdzeń kręgowy

the spinal cord, below most injuries,

po większości urazów

contained all the necessary and sufficient neural networks

zawiera wszystkie połączenia nerwowe

to coordinate locomotion,

niezbędne do koordynacji ruchu.

but because input from the brain is interrupted,

Jednak przez zakłócenia przekazu z mózgu

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

połączenia te są nieczynne, jakby uśpione.

My idea: We awaken this network.

Mój pomysł: obudźmy tę sieć.

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

Byłem wtedy na stażu postdoktoranckim w Los Angeles,

after completing my Ph.D. in France,

po otrzymaniu doktoratu we Francji,

where independent thinking

gdzie niezależne myślenie

is not necessarily promoted.

niekoniecznie jest promowane.

(Laughter)

(Śmiech)

I was afraid to talk to my new boss,

Obawiałem się rozmowy z nowym szefem,

but decided to muster up my courage.

lecz zebrałem się na odwagę.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

Zapukałem do mojego doradcy,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

Reggiego Edgertona, by podzielić się pomysłem.

He listened to me carefully,

Wysłuchał mnie z uwagą

and responded with a grin.

i odparł z szerokim uśmiechem:

"Why don't you try?"

"Czemu nie spróbujesz?".

And I promise to you,

Słowo daję,

this was such an important moment in my career,

to był ważny punkt mojej kariery,

when I realized that the great leader

gdy zrozumiałem, że doskonały lider

believed in young people and new ideas.

wierzy w młodych ludzi i nowe pomysły.

And this was the idea:

Oto mój pomysł.

I'm going to use a simplistic metaphor

Użyję prostej przenośni,

to explain to you this complicated concept.

by to wyjaśnić.

Imagine that the locomotor system is a car.

Wyobraźcie sobie, że układ ruchu to auto.

The engine is the spinal cord.

Silnik to rdzeń kręgowy.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

Napęd jest uszkodzony. Silnik nie działa.

How could we re-engage the engine?

Jak ponownie włączyć silnik?

First, we have to provide the fuel;

Po pierwsze, musimy dostarczyć paliwa,

second, press the accelerator pedal;

po drugie, nacisnąć pedał gazu,

third, steer the car.

po trzecie, kierować autem.

It turned out that there are known neural pathways

Okazało się, że znane są ścieżki nerwowe,

coming from the brain that play this very function

biegnące z mózgu, które pełnią tę funkcję

during locomotion.

podczas ruchu.

My idea: Replace this missing input

Chciałem zastąpić brakujące impulsy wejściowe,

to provide the spinal cord

by wysłać rdzeniowi kręgowemu sygnał,

with the kind of intervention

that the brain would deliver naturally in order to walk.

jaki wysłałby mózg przy inicjacji chodzenia.

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

Przejrzałem 20 lat publikacji badań neurologicznych,

first to replace the missing fuel

po pierwsze, by zastąpić brakujące paliwo

with pharmacological agents

czynnikami farmakologicznymi,

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

które przygotują do odpalenia neurony w rdzeniu,

and second, to mimic the accelerator pedal

po drugie, by naśladować pedał gazu

with electrical stimulation.

za pomocą elektrycznej stymulacji.

So here imagine an electrode

Wyobraźcie sobie elektrodę

implanted on the back of the spinal cord

wszczepioną od tyłu w rdzeń kręgowy,

to deliver painless stimulation.

by zapewnić bezbolesną stymulację.

It took many years, but eventually we developed

Po wielu latach w końcu stworzyliśmy

an electrochemical neuroprosthesis

elektrochemiczną neuroprotezę,

that transformed the neural network

która przenosi układ nerwowy rdzenia

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

z uśpienia do stanu wysokiej funkcjonalności.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

Sparaliżowany szczur natychmiast wstał.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Gdy pas bieżni wystartował,

the animal shows coordinated movement of the leg,

zwierzę wykazywało skoordynowane ruchy kończyny,

but without the brain.

bez udziału mózgu.

Here what I call "the spinal brain"

To, co nazywam "mózgiem rdzeniowym",

cognitively processes sensory information

kognitywnie przetwarza informacje sensoryczne,

arising from the moving leg

pochodzące z poruszającej się kończyny

and makes decisions as to how to activate the muscle

i decyduje, jak aktywować mięsień,

in order to stand, to walk, to run,

aby wstać, chodzić, biegać,

and even here, while sprinting,

a nawet by podczas sprintu

instantly stand

nagle stanąć,

if the treadmill stops moving.

gdy zatrzymuje się bieżnia.

This was amazing.

To było cudowne.

I was completely fascinated by this locomotion

Całkowicie zafascynował mnie ruch

without the brain,

bez udziału mózgu,

but at the same time so frustrated.

ale jednocześnie poczułem frustrację.

This locomotion was completely involuntary.

Ruch w ogóle nie podlegał woli.

The animal had virtually no control over the legs.

Zwierzę nie kontrolowało kończyn.

Clearly, the steering system was missing.

Brakowało systemu kierowania.

And it then became obvious from me

Wówczas stało się jasne,

that we had to move away

że musimy zrezygnować

from the classical rehabilitation paradigm,

z modelu klasycznej rehabilitacji,

stepping on a treadmill,

czyli bieżni,

and develop conditions that would encourage

i stworzyć warunki, które pobudzą mózg,

the brain to begin voluntary control over the leg.

by przejął świadomą kontrolę nad kończyną.

With this in mind, we developed a completely new

Z tą myślą stworzyliśmy całkiem nowy

robotic system to support the rat

system robotyczny, by zapewnić szczurowi

in any direction of space.

swobodne ruchy w przestrzeni.

Imagine, this is really cool.

To naprawdę super.

So imagine the little 200-gram rat

Wyobraźcie sobie 0,2 kg szczura,

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

podłączonego do 200 kg robota,

but the rat does not feel the robot.

którego szczur nie czuje.

The robot is transparent,

Robot jest przezroczysty.

just like you would hold a young child

Jakbyście trzymali małe dziecko

during the first insecure steps.

podczas pierwszych niepewnych kroków.

Let me summarize: The rat received

Podsumujmy: szczur doznał

a paralyzing lesion of the spinal cord.

paraliżującego urazu rdzenia.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

Elektrochemiczna neuroproteza umożliwiła

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

wysoce funkcjonalny stan układu ruchowego w rdzeniu.

The robot provided the safe environment

Robot zapewnił bezpieczne środowisko,

to allow the rat to attempt anything

pozwalające szczurowi

to engage the paralyzed legs.

użyć sparaliżowanej kończyny.

And for motivation, we used what I think

Dla zachęty użyliśmy

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

najsilniej działającego medykamentu:

fine Swiss chocolate.

doskonałej szwajcarskiej czekolady.

(Laughter)

(Śmiech)

Actually, the first results were very, very,

Pierwsze wyniki

very disappointing.

bardzo nas zawiodły.

Here is my best physical therapist

Mojemu najlepszemu fizjoterapeucie

completely failing to encourage the rat

nie udało się zachęcić szczura

to take a single step,

do zrobienia choćby kroku,

whereas the same rat, five minutes earlier,

choć pięć minut wcześniej

walked beautifully on the treadmill.

szczur pięknie kroczył po bieżni.

We were so frustrated.

Czuliśmy zawód,

But you know, one of the most essential qualities

ale niezbędną cechą naukowca

of a scientist is perseverance.

jest wytrwałość.

We insisted. We refined our paradigm,

Uparliśmy się. Zmieniliśmy wzorzec

and after several months of training,

i po kilku miesiącach treningu

the otherwise paralyzed rat could stand,

sparaliżowany szczur mógł wstać

and whenever she decided,

i gdy chciał,

initiated full weight-bearing locomotion

rozpoczynał pełen zakres ruchów,

to sprint towards the rewards.

by biec po nagrodę.

This is the first recovery ever observed

To pierwsza kuracja w historii

of voluntary leg movement

prowadząca do świadomego ruchu kończyną

after an experimental lesion of the spinal cord

po eksperymentalnym uszkodzeniu rdzenia,

leading to complete and permanent paralysis.

który doprowadził do całkowitego i trwałego paraliżu.

In fact --

W zasadzie ...

(Applause)

(Brawa)

Thank you.

Dziękuję.

In fact, not only could the rat initiate

Szczur nie tylko mógł inicjować

and sustain locomotion on the ground,

i kontynuować ruch na podłożu,

they could even adjust leg movement,

lecz mógł korygować ruch kończyny,

for example, to resist gravity

np. by oprzeć się grawitacji

in order to climb a staircase.

wchodząc po schodach.

I can promise you this was

To była niezwykle

such an emotional moment in my laboratory.

emocjonująca chwila w laboratorium.

It took us 10 years of hard work

10 lat ciężkiej pracy

to reach this goal.

doprowadziło nas do celu.

But the remaining question was, how?

Pozostaje pytanie: jak?

I mean, how is it possible?

Jak to możliwe?

And here, what we found

Nasze odkrycie

was completely unexpected.

było całkowicie niespodziewane.

This novel training paradigm

Nowatorski wzorzec treningu

encouraged the brain to create new connections,

pobudził mózg do tworzenia nowych połączeń,

some relay circuits

obwodów przekaźnikowych,

that relay information from the brain

które przekazują informację z mózgu,

past the injury and restore cortical control

omijając uszkodzenie,

i odtwarzają kontrolę rdzenia nad układem ruchu

over the locomotor networks below the injury.

poniżej urazu.

And here, you can see one such example,

Na tym przykładzie oznaczyliśmy

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

biegnące z mózgu włókna na czerwono.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Niebieski neuron łączy się z centrum ruchowym.

and what this constellation

Ta konstelacja

of synaptic contacts means

połączeń synaptycznych oznacza,

is that the brain is reconnected with the locomotor center

że mózg odtworzył połączenie z centrum ruchowym,

with only one relay neuron.

korzystając z zaledwie jednego interneuronu.

But the remodeling was not restricted

Odtwarzanie nie ograniczyło się

to the lesion area.

do uszkodzonego miejsca.

It occurred throughout the central nervous system,

Zaszło w całym centralnym systemie nerwowym,

including in the brain stem,

łącznie z pniem mózgu,

where we observed up to 300-percent increase

gdzie zaobserwowaliśmy 300% wzrost

in the density of fibers coming from the brain.

gęstości włókien wychodzących z mózgu.

We did not aim to repair the spinal cord,

Nie zamierzaliśmy naprawić rdzenia kręgowego,

yet we were able to promote

jednak udało nam się doprowadzić

one of the more extensive remodeling

do najbardziej złożonej rekonstrukcji aksonów,

of axonal projections ever observed

jaką dotąd zaobserwowano

in the central nervous system of adult mammal

w centralnym systemie nerwowym

after an injury.

dorosłego ssaka po urazie.

And there is a very important message

Za tym odkryciem

hidden behind this discovery.

kryje się ważna informacja.

They are the result of a young team

Są to rezultaty pracy zespołu

of very talented people:

młodych, utalentowanych ludzi:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

fizykoterapeutów, neurobiologów, neurochirurgów,

engineers of all kinds,

wszelkich inżynierów,

who have achieved together

którzy wspólnie osiągnęli to,

what would have been impossible by single individuals.

co dla pojedynczej osoby byłoby niemożliwe.

This is truly a trans-disciplinary team.

To zespół interdyscyplinarny.

They are working so close to each other

Współpracowali tak blisko,

that there is horizontal transfer of DNA.

że nastąpiła pozioma wymiana DNA.

We are creating the next generation

Tworzymy nowe pokolenie

of M.D.'s and engineers

lekarzy i inżynierów,

capable of translating discoveries all the way

zdolnych przenosić odkrycia

from bench to bedside.

z laboratorium do pacjenta.

And me?

A ja?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Zaledwie złożyłem elementy tej pięknej symfonii.

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

Zastanawiacie się zapewne,

will this help injured people?

czy to pomoże kalekim ludziom?

Me too, every day.

Ja też, każdego dnia.

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

Wciąż za mało wiemy.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

To nie jest lek na urazy rdzenia kręgowego,

but I begin to believe that this may lead

ale chyba może doprowadzić

to an intervention to improve recovery

do interwencji, która poprawi leczenie

and people's quality of life.

i jakość ludzkiego życia.

I would like you all

Chciałbym, żebyście wszyscy

to take a moment and dream with me.

pomarzyli przez chwilę ze mną.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Wyobraźcie sobie osobę cierpiącą na uraz rdzenia.

After a few weeks of recovery,

Po kilku tygodniach leczenia

we will implant a programmable pump

wszczepiamy zaprogramowaną pompkę,

to deliver a personalized pharmacological cocktail

by dostarczyć koktajlu zindywidualizowanych leków

directly to the spinal cord.

wprost do rdzenia kręgowego.

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

Jednocześnie wszczepimy układ elektrod,

a sort of second skin

rodzaj drugiej skóry,

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

pokrywającej obszar rdzenia, do kontroli ruchy kończyny.

and this array is attached to an electrical pulse generator

Elektrody podłączy się do generatora impulsów elektrycznych,

that delivers stimulations that are tailored

które dostarczą stymulacji

to the person's needs.

odpowiedniej dla osobistych potrzeb.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Oto opis zindywidualizowanej neuroprotezy elektrochemicznej,

that will enable locomotion

która umożliwi poruszanie

during training with a newly designed supporting system.

podczas treningu z nowo zaprojektowanym systemem wspierającym.

And my hope is that after several months of training,

Mam nadzieję, że po kilku miesiącach treningu,

there may be enough remodeling of residual connection

nastąpi wystarczające odtworzenie szczątkowego połączenia,

to allow locomotion without the robot,

żeby móc poruszać się bez robota,

maybe even without pharmacology or stimulation.

a może nawet bez leków i stymulacji.

My hope here is to be able to create

Mam nadzieję, że zdołamy stworzyć

the personalized condition

zindywidualizowane warunki,

to boost the plasticity of the brain

by pobudzić plastyczność mózgu

and the spinal cord.

i rdzenia kręgowego.

And this is a radically new concept

Może uda się zastosować

that may apply to other neurological disorders,

tę radykalną koncepcję do innych zaburzeń neurologicznych,

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

co nazywam "zindywidualizowaną neuroprotetyką",

where by sensing and stimulating neural interfaces,

gdzie dzięki odczuwaniu i stymulacji interfejsów nerwowych,

I implanted throughout the nervous system,

wszczepiłem implant do systemu nerwowego,

in the brain, in the spinal cord,

do mózgu, do rdzenia,

even in peripheral nerves,

nawet do nerwów obwodowych

based on patient-specific impairments.

zależnie od upośledzenia pacjenta.

But not to replace the lost function, no --

Nie dla zastąpienia utraconej funkcji,

to help the brain help itself.

lecz by pomóc mózgowi w samodzielnej naprawie.

And I hope this enticed your imagination,

Mam nadzieję, że pobudziłem waszą wyobraźnię,

because I can promise to you

bo jestem przekonany,

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

że ta rewolucja się zdarzy,

but when.

pytanie tylko kiedy.

And remember, we are only as great

Pamiętajcie, że jesteśmy tak wielcy

as our imagination, as big as our dream.

jak nasza wyobraźnia i marzenia.

Thank you.

Dziękuję.

(Applause)

(Brawa)