Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Grégoire Courtine: O rato paralisado que andou

Tradutor: Nathália Novais Revisor: Thierry de Carvalho Banhete

I am a neuroscientist

Eu sou neurocientista

with a mixed background in physics and medicine.

com experiência mista em física e medicina.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

Meu laboratório no Instituto Federal de Tecnologia Suiço

focuses on spinal cord injury,

foca em lesões na medula espinhal,

which affects more than 50,000 people

que afeta mais de 50 mil pessoas

around the world every year,

pelo mundo todos os anos,

with dramatic consequences for affected individuals,

com consequências dramáticas para os indivíduos afetados,

whose life literally shatters

cuja vida literalmente se despedaça

in a matter of a handful of seconds.

em questão de alguns segundos.

And for me, the Man of Steel,

E para mim, o "Homem de Aço",

Christopher Reeve,

Christopher Reeve,

has best raised the awareness

foi quem mais ajudou na conscientização

on the distress of spinal cord injured people.

sobre a agonia da lesão medular.

And this is how I started my own personal journey

E assim comecei a minha própria jornada

in this field of research,

nesse campo de pesquisa,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

trabalhando com a Fundação Christopher e Dana Reeve.

I still remember this decisive moment.

Eu ainda me lembro desse momento decisivo

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

ao término de um dia normal de trabalho

with the foundation.

com a fundação.

Chris addressed us, the scientists and experts,

O Chris falou aos cientistas e especialistas:

"You have to be more pragmatic.

"Vocês devem ser mais pragmáticos.

When leaving your laboratory tomorrow,

Amanhã, quando vocês saírem do laboratório,

I want you to stop by the rehabilitation center

quero que passem no centro de reabilitação

to watch injured people

para ver as pessoas lesionadas

fighting to take a step,

lutando para darem um passo,

struggling to maintain their trunk.

e para manterem-se de pé.

And when you go home,

E quando vocês voltarem para casa,

think of what you are going to change in your research

pensem no que irão mudar nas suas pesquisas

on the following day to make their lives better."

no dia seguinte para tornar a vida dessas pessoas melhor".

These words, they stuck with me.

Essas palavras ficaram comigo.

This was more than 10 years ago,

Isso aconteceu a mais de 10 anos atrás,

but ever since, my laboratory has followed

mas desde então, meu laboratório tem seguido

the pragmatic approach to recovery

uma abordagem pragmática em busca da recuperação

after spinal cord injury.

da lesão espinhal.

And my first step in this direction

Meu primeiro passo nessa direção

was to develop a new model of spinal cord injury

foi desenvolver um novo modelo de lesão espinhal

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

que poderia imitar mais precisamente as principais características das lesões

while offering well-controlled experimental conditions.

enquanto oferecia uma condição experimental bem controlada.

And for this purpose, we placed two hemisections

E com esse propósito, tivemos duas hemisseções

on opposite sides of the body.

em lados opostos do corpo.

They completely interrupt the communication

Eles interromperam completamente a comunicação

between the brain and the spinal cord,

entre o cérebro e o cordão espinhal,

thus leading to complete and permanent paralysis

conduzindo assim a uma paralisia completa e permanente

of the leg.

das pernas.

But, as observed, after most injuries in humans,

Mas, como observado, na maioria das lesões humanas,

there is this intervening gap of intact neural tissue

existe uma lacuna de tecido nervoso intacto

through which recovery can occur.

que torna a recuperação possível.

But how to make it happen?

Mas como fazer isso acontecer?

Well, the classical approach

Bem, as propostas clássicas

consists of applying intervention

consistem em aplicar uma intervenção

that would promote the growth of the severed fiber

que poderia promover o crescimento de fibras rompidas

to the original target.

pelo alvo original.

And while this certainly remained the key for a cure,

Mesmo isso parecendo a chave para a cura,

this seemed extraordinarily complicated to me.

pareceu-me extraordinariamente complicado.

To reach clinical fruition rapidly,

Para alcançar rapidamente a realização clinica

it was obvious:

era óbvio:

I had to think about the problem differently.

Eu deveria pensar sobre o problema de uma nova forma.

It turned out that more than 100 years of research

Acontece que em mais de 100 anos de pesquisa

on spinal cord physiology,

sobre a fisiologia da medula espinhal,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

começando com o ganhador do Nobel, Sherrington,

had shown that

nós vimos que

the spinal cord, below most injuries,

a medula espinhal, abaixo da maioria das lesões,

contained all the necessary and sufficient neural networks

continha todas as redes nervosas suficientes e necessárias

to coordinate locomotion,

para coordenar a locomoção,

but because input from the brain is interrupted,

mas pela interrupção da ligação com o cérebro,

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

eles ficam em estado não funcional, como um tipo de dormência.

My idea: We awaken this network.

Minha ideia: Vamos acordar essa rede.

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

E na época, eu era um pós-doutorando em Los Angeles,

after completing my Ph.D. in France,

depois de completar meu Ph.D na França,

where independent thinking

onde o pensamento independente

is not necessarily promoted.

não é necessariamente promovido.

(Laughter)

(Risos)

I was afraid to talk to my new boss,

Eu tinha medo de falar com meu novo chefe,

but decided to muster up my courage.

mas decidi reunir minha coragem.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

Eu bati na porta do meu maravilhoso orientador,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

Reggie Edgerton, para compartilhar minha nova ideia.

He listened to me carefully,

Ele me escutou atentamente,

and responded with a grin.

e respondeu com um sorriso.

"Why don't you try?"

"Porque você não tenta?"

And I promise to you,

E eu confesso,

this was such an important moment in my career,

esse foi um momento tão importante na minha carreira,

when I realized that the great leader

foi quando eu entendi que um grande líder

believed in young people and new ideas.

acredita nos jovens e nas novas ideias.

And this was the idea:

E essa era a ideia:

I'm going to use a simplistic metaphor

Eu vou usar uma metáfora simples

to explain to you this complicated concept.

para explicar este conceito complicado.

Imagine that the locomotor system is a car.

Imagine que o sistema de locomoção seja um carro.

The engine is the spinal cord.

O motor é a medula espinhal.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

A transmissão foi interrompida. O motor desliga.

How could we re-engage the engine?

Como nós ligaríamos o motor novamente?

First, we have to provide the fuel;

Primeiro, nós devemos abastecer com combustível;

second, press the accelerator pedal;

em segundo, pisar no acelerador;

third, steer the car.

terceiro, dirigir o carro.

It turned out that there are known neural pathways

Acontece que existem caminhos nervosos conhecidos

coming from the brain that play this very function

que vêm do cérebro e desempenham essa função

during locomotion.

durante a locomoção.

My idea: Replace this missing input

Minha ideia: Substituir essa ligação perdida

to provide the spinal cord

para dar à medula espinhal

with the kind of intervention

o tipo de intervenção

that the brain would deliver naturally in order to walk.

que o cérebro forneceria naturalmente, a fim de caminhar.

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

Com isso, eu me apoiei em 20 anos de pesquisa em neurociência,

first to replace the missing fuel

primeiro para substituir o combustível perdido

with pharmacological agents

com agentes farmacológicos

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

que preparam os neurônios da medula espinhal para disparar,

and second, to mimic the accelerator pedal

e em segundo, para imitar o acelerador

with electrical stimulation.

com estimulo elétrico.

So here imagine an electrode

Então agora imagine um eletrodo,

implanted on the back of the spinal cord

implantado atrás da medula espinhal

to deliver painless stimulation.

para fornecer estímulo sem dor.

It took many years, but eventually we developed

Levou muitos anos, mas nós finalmente desenvolvemos

an electrochemical neuroprosthesis

uma neuroprótese eletroquímica

that transformed the neural network

que transforma a rede nervosa

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

da medula espinhal em estado de dormência a um estado altamente funcional.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

Imediatamente, o rato paralisado podia se levantar.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Assim que o cinto da esteira começa a se mover,

the animal shows coordinated movement of the leg,

o animal mostra movimentos coordenados nas pernas,

but without the brain.

mas sem o cérebro.

Here what I call "the spinal brain"

Aqui, o que chamo de "cérebro espinhal",

cognitively processes sensory information

processa cognitivamente a informação sensorial

arising from the moving leg

decorrente da perna em movimento

and makes decisions as to how to activate the muscle

e toma decisões a respeito de como ativar o músculo

in order to stand, to walk, to run,

a fim de ficar de pé, caminhar, correr,

and even here, while sprinting,

e mesmo aqui, ao correr,

instantly stand

instantaneamente se firmar

if the treadmill stops moving.

se o cinto da esteira parar de se mover.

This was amazing.

Isto era incrível.

I was completely fascinated by this locomotion

Eu estava completamente fascinado por essa locomoção

without the brain,

sem o cérebro,

but at the same time so frustrated.

mas ao mesmo tempo muito frustrado.

This locomotion was completely involuntary.

Essa locomoção era completamente involuntária.

The animal had virtually no control over the legs.

O animal não tinha nenhum controle sobre suas pernas.

Clearly, the steering system was missing.

Claramente, o sistema de direção estava faltando.

And it then became obvious from me

E então se tornou óbvio para mim

that we had to move away

que nós deveríamos nos afastar

from the classical rehabilitation paradigm,

do paradigma clássico de reabilitação,

stepping on a treadmill,

andando em uma esteira,

and develop conditions that would encourage

e desenvolver condições que poderiam encorajar

the brain to begin voluntary control over the leg.

o cérebro a criar um controle voluntário das pernas.

With this in mind, we developed a completely new

Com isso em mente, nós desenvolvemos um novo

robotic system to support the rat

sistema robótico para apoiar o rato

in any direction of space.

em qualquer direção.

Imagine, this is really cool.

Imagine, isso é muito legal.

So imagine the little 200-gram rat

Então imagine um pequeno rato de 200 gramas

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

preso à extremidade deste robô de 200 quilos,

but the rat does not feel the robot.

mas esse rato não sente o robô.

The robot is transparent,

O robô é transparente,

just like you would hold a young child

exatamente como se estivesse segurando uma criança

during the first insecure steps.

durante seus primeiros passos inseguros.

Let me summarize: The rat received

Deixe-me resumir: O rato tinha

a paralyzing lesion of the spinal cord.

uma lesão paralisante da medula espinhal.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

A neuroprótese eletroquímica permitiu

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

um estado altamente funcional nas redes locomotoras da coluna vertebral.

The robot provided the safe environment

O robô forneceu um ambiente seguro

to allow the rat to attempt anything

que permite ao rato tentar de tudo

to engage the paralyzed legs.

para ativar as pernas paralisadas.

And for motivation, we used what I think

E como motivação, usamos o que acredito

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

ser o fármaco mais poderoso da Suíça:

fine Swiss chocolate.

o chocolate suíço.

(Laughter)

(Risos)

Actually, the first results were very, very,

Atualmente, os primeiros resultados foram muito, muito,

very disappointing.

muito decepcionantes.

Here is my best physical therapist

Este é o meu melhor fisioterapeuta

completely failing to encourage the rat

falhando completamente em encorajar o rato

to take a single step,

a dar um único passo,

whereas the same rat, five minutes earlier,

enquanto que o mesmo rato, cinco minutos antes,

walked beautifully on the treadmill.

andou muito bem na esteira.

We were so frustrated.

Nós estavamos tão frustrados.

But you know, one of the most essential qualities

Mas sabe de uma coisa, uma das qualidades mais essenciais

of a scientist is perseverance.

de um cientista é a perseverança.

We insisted. We refined our paradigm,

Nós insistimos. Nós refinamos nosso paradigma,

and after several months of training,

e depois de vários meses de treinamento,

the otherwise paralyzed rat could stand,

o rato, antes paralisado, se levantou,

and whenever she decided,

e quando ela quis,

initiated full weight-bearing locomotion

iniciou uma locomoção com suporte de peso completa

to sprint towards the rewards.

para correr em direção à recompensa.

This is the first recovery ever observed

Esta é a primeira recuperação observada

of voluntary leg movement

de movimento voluntário das pernas

after an experimental lesion of the spinal cord

após uma lesão experimental da medula espinhal

leading to complete and permanent paralysis.

levando a uma paralisia completa e permanente.

In fact --

De fato --

(Applause)

(Aplausos)

Thank you.

Obrigado.

In fact, not only could the rat initiate

De fato, o rato podia não somente iniciar

and sustain locomotion on the ground,

e sustentar a locomoção no chão,

they could even adjust leg movement,

ele podia até mesmo ajustar movimentos da perna,

for example, to resist gravity

por exemplo,para resistir à gravidade

in order to climb a staircase.

a fim de subir escadas.

I can promise you this was

Eu juro que isso foi

such an emotional moment in my laboratory.

um momento de muita emoção no meu laboratório.

It took us 10 years of hard work

Foram 10 anos de trabalho duro

to reach this goal.

para chegar a este resultado.

But the remaining question was, how?

Mas a questão era, como?

I mean, how is it possible?

Quero dizer, como é possível?

And here, what we found

E o que nós encontramos

was completely unexpected.

foi completamente inesperado.

This novel training paradigm

Este novo paradigma de treinamento

encouraged the brain to create new connections,

encorajou o cérebro a criar novas conexões,

some relay circuits

alguns circuitos de retransmissão

that relay information from the brain

que retransmitem informações do cérebro

past the injury and restore cortical control

passando pela lesão e restaurando o controle cortical

over the locomotor networks below the injury.

através das redes de locomoção abaixo da lesão.

And here, you can see one such example,

E aqui, você pode ver um exemplo,

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

onde nós indicamos em vermelho as fibras provenientes do cérebro.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Este neurônio azul está conectado com o centro locomotor,

and what this constellation

e o que esta constelação

of synaptic contacts means

de contatos sinápticos mostra

is that the brain is reconnected with the locomotor center

é que o cérebro está reconectado ao centro locomotor

with only one relay neuron.

com apenas um neurônio de transmissão.

But the remodeling was not restricted

Mas a reforma não se restringiu

to the lesion area.

a área lesionada.

It occurred throughout the central nervous system,

Aconteceu em todo o sistema nervoso central,

including in the brain stem,

incluindo o tronco cerebral,

where we observed up to 300-percent increase

onde observamos mais de 300 por cento de aumento

in the density of fibers coming from the brain.

na densidade de fibras provenientes do cérebro.

We did not aim to repair the spinal cord,

Nós não tínhamos visado reparar a medula espinhal,

yet we were able to promote

ainda assim, fomos capazes de promover

one of the more extensive remodeling

uma das mais extensivas reformas

of axonal projections ever observed

de projeções axonais já observadas

in the central nervous system of adult mammal

no sistema nervoso central de um mamífero adulto

after an injury.

após uma lesão.

And there is a very important message

E há uma mensagem muito importante

hidden behind this discovery.

escondida por trás dessa descoberta.

They are the result of a young team

Elas são resultado de um time jovem

of very talented people:

de pessoas talentosas:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

fisioterapeutas, neurobiologistas, neurocirurgiões,

engineers of all kinds,

engenheiros de todos os tipos,

who have achieved together

que atingiram juntos

what would have been impossible by single individuals.

o que teria sido impossível por indivíduos isolados.

This is truly a trans-disciplinary team.

Esta é uma equipe verdadeiramente transdiciplinar.

They are working so close to each other

Estão trabalhando tão próximos uns dos outros

that there is horizontal transfer of DNA.

que existe transferência de DNA.

We are creating the next generation

Estamos criando a próxima geração

of M.D.'s and engineers

de médicos e engenheiros

capable of translating discoveries all the way

capazes de traduzir descobertas

from bench to bedside.

desde o laboratório até o leito.

And me?

E eu?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Eu sou apenas o maestro que orquestrou essa bela sinfonia.

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

Agora, tenho certeza que vocês estejam imaginando...

will this help injured people?

isto irá realmente ajudar pessoas lesionadas?

Me too, every day.

Eu também, todos os dias.

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

A verdade é que não sabemos o suficiente ainda.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

Esta certamente não é a cura para lesões de medula espinhal,

but I begin to believe that this may lead

mas eu começo a acreditar que isto pode conduzir

to an intervention to improve recovery

a uma intervenção para melhorar a recuperação

and people's quality of life.

e a qualidade de vida das pessoas.

I would like you all

Eu gostaria de pedir a todos

to take a moment and dream with me.

para parar um momento e sonhar comigo.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Imagine uma pessoa que acabou de sofrer uma lesão na medula espinhal.

After a few weeks of recovery,

Depois de algumas semanas de recuperação,

we will implant a programmable pump

poderíamos implantar uma bomba programável

to deliver a personalized pharmacological cocktail

que entregaria um coquetel farmacológico personalizado

directly to the spinal cord.

diretamente na medula espinhal.

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

Ao mesmo tempo, vamos implantar um conjunto de eletrodos,

a sort of second skin

como uma segunda pele

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

cobrindo a área que controla o movimento das pernas,

and this array is attached to an electrical pulse generator

e essa matriz está ligada a um gerador de pulso elétrico

that delivers stimulations that are tailored

que oferece estímulos personalizados

to the person's needs.

às necessidades da pessoa.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Isto define uma neuroprótese eletroquímica personalizada

that will enable locomotion

que irá permitir a locomoção

during training with a newly designed supporting system.

durante o treinamento com um novo sistema de apoio.

And my hope is that after several months of training,

E a minha esperança é de que depois de vários meses de treinamento,

there may be enough remodeling of residual connection

eles poderão ter conexões residuais remodeladas suficientes

to allow locomotion without the robot,

que permitam a locomoção sem o robô,

maybe even without pharmacology or stimulation.

talvez até sem a farmacologia ou estímulo.

My hope here is to be able to create

Minhas esperança é ser capaz de criar

the personalized condition

uma condição personalizada

to boost the plasticity of the brain

para aumentar a plasticidade do cérebro

and the spinal cord.

e da medula espinhal.

And this is a radically new concept

E este conceito é radicalmente novo

that may apply to other neurological disorders,

que pode ser aplicado a outros distúrbios neurológicos,

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

e que eu chamei de "neuroprotética personalizada".

where by sensing and stimulating neural interfaces,

Onde sentindo e estimulando interfaces nervosas,

I implanted throughout the nervous system,

eu implantei através do sistema nervoso,

in the brain, in the spinal cord,

no cérebro, na medula espinhal

even in peripheral nerves,

e até mesmo nos nervos periféricos,

based on patient-specific impairments.

baseado nas deficiências específicas do paciente.

But not to replace the lost function, no --

Não para substituir a função perdida, mas

to help the brain help itself.

para ajudar o cérebro a se ajudar.

And I hope this enticed your imagination,

E eu espero que isto tenha atraído a sua imaginação,

because I can promise to you

porque eu posso prometer a vocês

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

que isto não é uma questão de se essa revolução irá acontecer,

but when.

mas quando.

And remember, we are only as great

E lembre-se, somos apenas tão incríveis

as our imagination, as big as our dream.

como nossa imaginação e tão grandes como nossos sonhos.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)