Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Tradutor: Revisora: Margarida Ferreira

I am a neuroscientist

Eu sou um neurocientista

with a mixed background in physics and medicine.

com uma experiência mista em física e medicina.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

O meu laboratório no Instituto Federal Suíço de Tecnologia

focuses on spinal cord injury,

dedica-se, em especial, aos danos na espinal medula,

which affects more than 50,000 people

que afeta mais de 50 000 pessoas

around the world every year,

em todo o mundo, todos os anos,

with dramatic consequences for affected individuals,

com consequências drásticas para os indivíduos afetados,

whose life literally shatters

cuja vida, literalmente, fica destroçada

in a matter of a handful of seconds.

numa questão de segundos.

And for me, the Man of Steel,

Quanto a mim, foi o Super-Homem,

Christopher Reeve,

Chistopher Reeve,

has best raised the awareness

quem me despertou a consciência

on the distress of spinal cord injured people.

para a angústia das pessoas com danos na espinal medula.

And this is how I started my own personal journey

Foi assim que iniciei a minha jornada pessoal

in this field of research,

neste campo de investigação,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

trabalhando com a Fundação Christopher e Dana Reeve.

I still remember this decisive moment.

Ainda me lembro desse momento decisivo.

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

Foi no fim de um dia normal de trabalho na Fundação.

with the foundation.

Chris addressed us, the scientists and experts,

Chris disse-nos a nós, cientistas e especialistas:

"You have to be more pragmatic.

"Vocês têm que ser mais pragmáticos.

When leaving your laboratory tomorrow,

"Quando saírem do laboratório amanhã,

I want you to stop by the rehabilitation center

"quero que passem pelo centro de reabilitação

to watch injured people

"e observem os pacientes

fighting to take a step,

"a esforçar-se por dar um passo,

struggling to maintain their trunk.

"a esforçar-se por endireitar o tronco.

And when you go home,

"E quando forem para casa,

think of what you are going to change in your research

"pensem no que vão mudar na vossa investigação

on the following day to make their lives better."

"no dia seguinte, para tornar melhor a vida deles."

These words, they stuck with me.

Nunca mais esqueci essas palavras.

This was more than 10 years ago,

Isso foi há mais de dez anos.

but ever since, my laboratory has followed

Desde então, o meu laboratório tem seguido

the pragmatic approach to recovery

a abordagem pragmática para a recuperação

after spinal cord injury.

após um dano na espinal medula.

And my first step in this direction

O meu primeiro passo nessa direção

was to develop a new model of spinal cord injury

foi desenvolver um novo modelo de lesão na espinal medula

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

que imitasse da forma mais rigorosa

algumas das principais características das lesões

while offering well-controlled experimental conditions.

e oferecesse condições experimentais bem controladas.

And for this purpose, we placed two hemisections

Para esse propósito, colocámos duas semissecções

on opposite sides of the body.

em lados opostos do corpo.

They completely interrupt the communication

Elas interrompiam totalmente a comunicação

between the brain and the spinal cord,

entre o cérebro e a espinal medula,

thus leading to complete and permanent paralysis

levando assim a uma paralisia total e permanente das pernas.

of the leg.

But, as observed, after most injuries in humans,

Mas, como observámos, depois da maior parte das lesões humanas,

there is this intervening gap of intact neural tissue

existe um trecho intermédio de tecido neural intacto

through which recovery can occur.

através do qual pode ocorrer uma recuperação.

But how to make it happen?

Mas como provocar isso?

Well, the classical approach

Bem, a abordagem clássica

consists of applying intervention

consiste em aplicar uma intervenção

that would promote the growth of the severed fiber

que promova o crescimento da fibra decepada

to the original target.

na direção original.

And while this certainly remained the key for a cure,

Embora isso continue a ser a chave para a cura,

this seemed extraordinarily complicated to me.

parecia-me extraordinariamente complicado.

To reach clinical fruition rapidly,

Para obter resultados clínicos rapidamente,

it was obvious:

era óbvio:

I had to think about the problem differently.

Eu tinha que pensar no problema duma forma diferente.

It turned out that more than 100 years of research

Acontece que mais de 100 anos de investigação

on spinal cord physiology,

sobre a fisiologia da espinal medula,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

a começar com Sherrington, prémio Nobel,

had shown that

mostraram que

the spinal cord, below most injuries,

a espinal medula, na maior parte das lesões,

contained all the necessary and sufficient neural networks

continha todas as redes neurais necessárias e suficientes

to coordinate locomotion,

para coordenar a locomoção

but because input from the brain is interrupted,

mas, como as instruções que vêm do cérebro estão interrompidas,

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

as fibras estão num estado não funcional, como que adormecidas.

My idea: We awaken this network.

A minha ideia: Nós vamos "acordar" essa rede.

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

Na época, eu estava num pós-doutoramento em Los Angeles,

after completing my Ph.D. in France,

depois de completar o doutoramento em França,

where independent thinking

onde o pensamento independente

is not necessarily promoted.

nem sempre é estimulado.

(Laughter)

(Risos)

I was afraid to talk to my new boss,

Eu estava com medo de falar com meu novo chefe,

but decided to muster up my courage.

mas decidi reunir toda a minha coragem.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

Bati à porta do meu fantástico orientador,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

Reggie Edgerton, para partilhar a minha nova ideia.

He listened to me carefully,

Ele escutou-me, atentamente,

and responded with a grin.

e respondeu com um sorriso:

"Why don't you try?"

"Porque é que não tenta?"

And I promise to you,

Garanto-vos,

this was such an important moment in my career,

foi um momento muito importante na minha carreira,

when I realized that the great leader

quando tomei consciência de que aquele grande líder

believed in young people and new ideas.

acreditava em pessoas jovens e em novas ideias.

And this was the idea:

A ideia era esta:

I'm going to use a simplistic metaphor

Vou usar uma metáfora simplista

to explain to you this complicated concept.

para vos explicar este conceito complicado.

Imagine that the locomotor system is a car.

Imaginem que o sistema locomotor é um carro.

The engine is the spinal cord.

A espinal medula é o motor.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

A transmissão é interrompida. O motor é desligado.

How could we re-engage the engine?

Como podemos voltar a ligar o motor?

First, we have to provide the fuel;

Primeiro, temos que fornecer o combustível.

second, press the accelerator pedal;

Segundo, pisar no pedal do acelerador.

third, steer the car.

Terceiro, dirigir o carro.

It turned out that there are known neural pathways

Acontece que se conhecem vias neurais

coming from the brain that play this very function

vindas do cérebro que exercem justamente essa função

during locomotion.

durante a locomoção.

My idea: Replace this missing input

A minha ideia: Substituir esse estímulo ausente

to provide the spinal cord

a fim de dotar a espinal medula com o tipo de intervenção

with the kind of intervention

that the brain would deliver naturally in order to walk.

que o cérebro dotaria naturalmente para caminharmos.

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

Para isso, utilizei 20 anos

de investigações anteriores em neurociência,

first to replace the missing fuel

primeiro, para substituir o combustível em falta

with pharmacological agents

com agentes farmacológicos

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

que preparam os neurónios da espinal medula para reagir

and second, to mimic the accelerator pedal

e, segundo, para imitar o pedal do acelerador

with electrical stimulation.

com estímulos elétricos.

So here imagine an electrode

Assim, imaginem um elétrodo

implanted on the back of the spinal cord

implantado por detrás da espinal medula

to deliver painless stimulation.

que envie estímulos indolores.

It took many years, but eventually we developed

Levou muitos anos, mas acabámos por desenvolver

an electrochemical neuroprosthesis

uma neuroprótese eletroquímica

that transformed the neural network

que transformava a rede neural adormecida da espinal medula

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

num estado altamente funcional.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

O rato paralítico consegue pôr-se de pé, imediatamente.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Assim que a passadeira começa a mover-se,

the animal shows coordinated movement of the leg,

o animal apresenta movimentos coordenados das pernas,

but without the brain.

mas sem o cérebro.

Here what I call "the spinal brain"

Aqui aquilo a que chamo o "espinal cérebro",

cognitively processes sensory information

processa cognitivamente a informação sensorial

arising from the moving leg

enviada pelas pernas em movimento

and makes decisions as to how to activate the muscle

e toma decisões sobre como ativar o músculo

in order to stand, to walk, to run,

para ficar de pé, andar, correr,

and even here, while sprinting,

e até mesmo, enquanto está a correr,

instantly stand

parar instantaneamente

if the treadmill stops moving.

se a passadeira parar.

This was amazing.

Foi uma coisa incrível.

I was completely fascinated by this locomotion

Fiquei completamente fascinado com aquela locomoção

without the brain,

sem o uso do cérebro

but at the same time so frustrated.

mas, ao mesmo tempo, muito frustrado.

This locomotion was completely involuntary.

Aquela locomoção era totalmente involuntária.

The animal had virtually no control over the legs.

Na prática, o animal não tinha controlo nenhum nas pernas.

Clearly, the steering system was missing.

Nitidamente, faltava o sistema de direção.

And it then became obvious from me

Para mim era óbvio que tínhamos que nos distanciar

that we had to move away

from the classical rehabilitation paradigm,

do paradigma clássico da reabilitação

stepping on a treadmill,

de caminhar sobre uma passadeira mecânica

and develop conditions that would encourage

e desenvolver condições que encorajassem o cérebro

the brain to begin voluntary control over the leg.

a começar a controlar voluntariamente as pernas.

With this in mind, we developed a completely new

Tendo isso em mente, desenvolvemos um sistema robótico,

robotic system to support the rat

totalmente novo, para permitir que o rato

in any direction of space.

andasse em qualquer direção no espaço.

Imagine, this is really cool.

Imaginem, isto é mesmo giro.

So imagine the little 200-gram rat

Imaginem, um ratinho de 200 gramas

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

ligado a uma extremidade deste robô de 200 quilos

but the rat does not feel the robot.

— mas o rato não sente o robô,

The robot is transparent,

o robô é transparente —

just like you would hold a young child

da mesma forma que seguramos uma criança

during the first insecure steps.

durante os seus primeiros passos inseguros.

Let me summarize: The rat received

Resumindo: O rato sofreu uma lesão

a paralyzing lesion of the spinal cord.

na espinal medula que o paralisou.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

A neuroprótese eletroquímica criou

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

um estado altamente funcional das redes espinais locomotoras.

The robot provided the safe environment

O robô proporciona um ambiente seguro

to allow the rat to attempt anything

que permite ao rato tentar qualquer coisa

to engage the paralyzed legs.

para mover as pernas paralisadas.

And for motivation, we used what I think

E para motivá-lo, usámos o que penso ser

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

o fármaco mais poderoso da Suíça:

fine Swiss chocolate.

o chocolate suíço.

(Laughter)

(Risos)

Actually, the first results were very, very,

Na verdade, os primeiros resultados foram muito, muito

very disappointing.

muito dececionantes...

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 só passo,

whereas the same rat, five minutes earlier,

embora o mesmo rato, cinco minutos antes,

walked beautifully on the treadmill.

tivesse andado lindamente sobre a passadeira.

We were so frustrated.

Ficámos frustradíssimos.

But you know, one of the most essential qualities

Mas sabem, uma das qualidades mais essenciais dum cientista

of a scientist is perseverance.

é a perseverança.

We insisted. We refined our paradigm,

Insistimos. Melhorámos o nosso paradigma.

and after several months of training,

Ao fim de uns meses de treino,

the otherwise paralyzed rat could stand,

o rato, outrora paralisado, conseguia ficar de pé

and whenever she decided,

e, quando lhe apetecia,

initiated full weight-bearing locomotion

iniciava uma locomoção que aguentava todo o seu peso

to sprint towards the rewards.

para correr para a recompensa.

This is the first recovery ever observed

Esta foi a primeira recuperação jamais observada

of voluntary leg movement

dum movimento voluntário das pernas

after an experimental lesion of the spinal cord

depois duma lesão experimental da espinal medula

leading to complete and permanent paralysis.

que lhe provocara uma paralisia total e permanente.

In fact --

(Aplausos)

(Applause)

Thank you.

Obrigado.

In fact, not only could the rat initiate

Na verdade, o rato podia iniciar e continuar

and sustain locomotion on the ground,

a locomoção no chão

they could even adjust leg movement,

e também podia ajustar o movimento das pernas,

for example, to resist gravity

por exemplo, para resistir à gravidade

in order to climb a staircase.

quando subia uma escada.

I can promise you this was

Garanto-vos, este foi um momento muito emocionante

such an emotional moment in my laboratory.

no meu laboratório.

It took us 10 years of hard work

Custou-nos dez anos de trabalho intenso

to reach this goal.

para atingir esta meta.

But the remaining question was, how?

Mas a pergunta que se mantinha era, como?

I mean, how is it possible?

Quero dizer, como é que é possível?

And here, what we found

E descobrimos uma coisa totalmente inesperada.

was completely unexpected.

This novel training paradigm

Este novo paradigma de treino

encouraged the brain to create new connections,

encorajou o cérebro a criar novas ligações,

some relay circuits

quaisquer circuitos de transmissão

that relay information from the brain

que transmitem as informações do cérebro

past the injury and restore cortical control

por cima da lesão e restauram o controlo cortical

over the locomotor networks below the injury.

da rede locomotora abaixo da lesão.

And here, you can see one such example,

E aqui, podem ver um exemplo desses.

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

Marcámos a vermelho as fibras provenientes do cérebro.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Este neurónio azul está ligado ao centro locomotor.

and what this constellation

Esta constelação de contatos sinápticos

of synaptic contacts means

is that the brain is reconnected with the locomotor center

significa que o cérebro está novamente ligado ao centro locomotor

with only one relay neuron.

apenas com um neurónio transmissor.

But the remodeling was not restricted

Mas a remodelação não se restringiu à área da lesão.

to the lesion area.

It occurred throughout the central nervous system,

Ocorreu 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 um aumento de 300%

in the density of fibers coming from the brain.

na densidade das fibras vindas do cérebro.

We did not aim to repair the spinal cord,

Nós não tínhamos a intenção de reparar a espinal medula,

yet we were able to promote

no entanto, fomos capazes de promover

one of the more extensive remodeling

uma das mais amplas remodelações

of axonal projections ever observed

de projeções axonais jamais observada

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

Há uma mensagem muito importante

hidden behind this discovery.

escondida por trás desta descoberta.

They are the result of a young team

Estes são os resultados duma equipa jovem

of very talented people:

de pessoas muito talentosas:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

fisioterapeutas, neurobiólogos, neurocirurgiões,

engineers of all kinds,

engenheiros de todo o tipo,

who have achieved together

que atingiram juntos

what would have been impossible by single individuals.

o que seria impossível individualmente.

This is truly a trans-disciplinary team.

Esta é verdadeiramente uma equipa multidisciplinar.

They are working so close to each other

Trabalham tão próximos uns dos outros

that there is horizontal transfer of DNA.

que há transferência horizontal de ADN.

We are creating the next generation

Estamos a criar 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.

de um extremo a outro.

And me?

E eu?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Sou apenas o maestro que orquestrou esta bela sinfonia.

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

Tenho a certeza de que estão todos a perguntar:

will this help injured people?

"Isto vai ajudar as pessoas lesionadas?"

Me too, every day.

Eu pergunto o mesmo, todos os dias.

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

A verdade é que ainda não sabemos o suficiente.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

Isto não é a cura para lesões na espinal medula,

but I begin to believe that this may lead

mas começo a acreditar que isso pode levar

to an intervention to improve recovery

a uma intervenção que melhore a recuperação

and people's quality of life.

e a qualidade de vida das pessoas.

I would like you all

Gostaria que todos vocês

to take a moment and dream with me.

parassem um momento e sonhassem comigo.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Imaginem que uma pessoa acabou de sofrer uma lesão na espinal medula.

After a few weeks of recovery,

Ao fim de algumas semanas de recuperação,

we will implant a programmable pump

implantamos-lhe uma bomba programável

to deliver a personalized pharmacological cocktail

para lhe injetar uma mistura farmacológica personalizada

directly to the spinal cord.

diretamente na espinal medula.

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

E, ao mesmo tempo, implantamos-lhe um conjunto de elétrodos,

a sort of second skin

uma espécie de segunda pele

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

cobrindo toda a área da espinal medula que controla o movimento das pernas.

and this array is attached to an electrical pulse generator

Os elétrodos ligam-se a um gerador de impulsos elétricos

that delivers stimulations that are tailored

que emite estímulos que são adaptados

to the person's needs.

às necessidades da pessoa.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Isso define uma neuroprótese eletroquímica personalizada

that will enable locomotion

que irá possibilitar a locomoção

during training with a newly designed supporting system.

durante o treino com um sistema de apoio recém-concebido.

And my hope is that after several months of training,

A minha esperança é que, após vários meses de treino,

there may be enough remodeling of residual connection

possa haver uma suficiente remodelação das ligações residuais

to allow locomotion without the robot,

que permita a locomoção sem o robô,

maybe even without pharmacology or stimulation.

talvez até sem os fármacos ou elétrodos.

My hope here is to be able to create

A minha esperança é poder criar

the personalized condition

uma condição personalizada

to boost the plasticity of the brain

para estimular a plasticidade do cérebro e da espinal medula.

and the spinal cord.

And this is a radically new concept

Este é um conceito radicalmente novo

that may apply to other neurological disorders,

que pode ser aplicado a outras perturbações neurológicas,

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

e a que chamei "neuropróteses personalizadas,"

where by sensing and stimulating neural interfaces,

em que, detetando e estimulando interfaces neurais,

I implanted throughout the nervous system,

eu implantei em todo o sistema nervoso,

in the brain, in the spinal cord,

no cérebro, na espinal medula,

even in peripheral nerves,

até mesmo em nervos periféricos

based on patient-specific impairments.

com base em deficiências específicas do paciente.

But not to replace the lost function, no --

Não para substituir a função perdida,

to help the brain help itself.

mas para ajudar o cérebro a ajudar-se a si mesmo.

And I hope this enticed your imagination,

Espero que isso tenha espicaçado a vossa imaginação,

because I can promise to you

porque, garanto-vos.

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

esta não é uma questão de saber se essa revolução vai acontecer,

but when.

mas quando.

And remember, we are only as great

Lembrem-se, nós somos tão grandiosos quanto a nossa imaginação,

as our imagination, as big as our dream.

somos tão grandes quanto os nossos sonhos.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)