Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Traducător: Doina Zamfirescu Corector: Andra Foca

I am a neuroscientist

Sunt cercetător în neuroștiință,

with a mixed background in physics and medicine.

studiez fizica şi medicina.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

Laboratorul meu de la Institutul de Tehnologie Federală Elveţiană

focuses on spinal cord injury,

se ocupă de afecţiunile şirei spinării,

which affects more than 50,000 people

care afectează peste 50.000 de oameni

around the world every year,

anual în întreaga lume,

with dramatic consequences for affected individuals,

cu consecinţe dramatice asupra celor

whose life literally shatters

ale căror vieţi sunt zdruncinate

in a matter of a handful of seconds.

în fracţiuni de secundă.

And for me, the Man of Steel,

Iar mie, Omul de Oţel,

Christopher Reeve,

Christopher Reeve,

has best raised the awareness

mi-a atras atenţia

on the distress of spinal cord injured people.

asupra stresului acestor persoane.

And this is how I started my own personal journey

Aşa mi-am început călătoria

in this field of research,

în acest domeniu de cercetare,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

lucrând cu Fundaţia Christopher şi Dana Reeve.

I still remember this decisive moment.

Îmi amintesc momentul decisiv.

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

Era o zi obişnuită de lucru

with the foundation.

la fundaţie.

Chris addressed us, the scientists and experts,

Chris ne-a spus nouă, cercetătorilor și experților,

"You have to be more pragmatic.

„Trebuie să fiţi mai pragmatici.

When leaving your laboratory tomorrow,

Mâine când plecaţi de la laborator,

I want you to stop by the rehabilitation center

vreau să vă opriţi la centrul de reabilitare

to watch injured people

să priviţi oamenii accidentaţi

fighting to take a step,

care se luptă pas cu pas,

struggling to maintain their trunk.

străduindu-se să-și susțină corpul.

And when you go home,

Şi când mergeţi acasă,

think of what you are going to change in your research

să vă gândiţi ce veţi schimba în studiile voastre

on the following day to make their lives better."

a doua zi, pentru a le ușura viaţa."

These words, they stuck with me.

Acele cuvinte m-au frapat.

This was more than 10 years ago,

S-a întâmplat acum 10 ani,

but ever since, my laboratory has followed

dar de atunci, laboratorul meu a urmat

the pragmatic approach to recovery

o abordare pragmatică de recuperare

after spinal cord injury.

după accidentele de coloană.

And my first step in this direction

Primul pas în această direcţie

was to develop a new model of spinal cord injury

a fost de a dezvolta un nou model al acestei afecţiuni

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

care ar putea imita îndeaproape modelul real

while offering well-controlled experimental conditions.

în condiţii controlate experimental.

And for this purpose, we placed two hemisections

Pentru asta, am aşezat două hemisecţiuni

on opposite sides of the body.

pe părţi opuse ale corpului.

They completely interrupt the communication

Ele au întrerupt comunicarea

between the brain and the spinal cord,

dintre creier şi şira spinării,

thus leading to complete and permanent paralysis

ducând astfel la o paralizie permanentă

of the leg.

a piciorului.

But, as observed, after most injuries in humans,

Am observat însă că, în afecţiunile umane,

there is this intervening gap of intact neural tissue

apare un amestec de ţesut neural intact

through which recovery can occur.

prin care se poate face recuperarea.

But how to make it happen?

Dar cum facem asta să se întâmple?

Well, the classical approach

Abordarea clasică

consists of applying intervention

constă în aplicarea unei intervenţii

that would promote the growth of the severed fiber

care permite creşterea fibrelor afectate

to the original target.

la locul afectat.

And while this certainly remained the key for a cure,

Asta era cheia pentru a găsi o vindecare,

this seemed extraordinarily complicated to me.

ceea ce mi se părea foarte complicat.

To reach clinical fruition rapidly,

Pentru rezultate clinice rapide,

it was obvious:

era evident:

I had to think about the problem differently.

Trebuie să mă gândesc altfel la problemă.

It turned out that more than 100 years of research

S-a dovedit că peste 100 de ani de cercetare

on spinal cord physiology,

în fiziologia şirei spinării,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

începând cu Premiul Nobel Sherrington,

had shown that

au arătat că

the spinal cord, below most injuries,

şira spinării, dintre cele mai multe leziuni,

contained all the necessary and sufficient neural networks

conţine toate reţelele neurale necesare

to coordinate locomotion,

să coordoneze mişcarea,

but because input from the brain is interrupted,

dar pentru că semnalul de la creier e întrerupt,

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

acestea nu funcţionează, ci dormitează.

My idea: We awaken this network.

Ideea mea: Să trezim această reţea.

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

Şi atunci, eram după doctorat în Los Angeles,

after completing my Ph.D. in France,

după ce îmi terminasem facultatea în Franţa,

where independent thinking

acolo unde gândirea independentă

is not necessarily promoted.

nu este neapărat promovată.

(Laughter)

(Râsete)

I was afraid to talk to my new boss,

Mi-a fost frică să vorbesc cu noul meu şef,

but decided to muster up my courage.

dar am decis să-mi adun curajul.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

Am bătut la uşa minunatului consilier,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

Reggie Edgerton, să îi spun ideea mea.

He listened to me carefully,

M-a ascultat atent,

and responded with a grin.

şi mi-a răspuns cu un zâmbet.

"Why don't you try?"

„De ce nu încerci?"

And I promise to you,

Iar acela, vă spun,

this was such an important moment in my career,

a fost un moment foarte important în carieră,

when I realized that the great leader

în care am realizat că marele lider

believed in young people and new ideas.

crede în oamenii tineri şi ideile lor.

And this was the idea:

Iată ideea:

I'm going to use a simplistic metaphor

Voi folosi o metaforă simplă

to explain to you this complicated concept.

să vă explic acest concept complicat.

Imagine that the locomotor system is a car.

Ne imaginăm că, sistemul locomotor e o maşină.

The engine is the spinal cord.

Motorul e şira spinării.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

Transmisia e întreruptă. Motorul e oprit.

How could we re-engage the engine?

Cum îl punem în funcţiune?

First, we have to provide the fuel;

Întâi, îi dăm combustibil;

second, press the accelerator pedal;

apoi, apăsăm acceleraţia;

third, steer the car.

şi trei, să conducem maşina.

It turned out that there are known neural pathways

Am observat că există căi neuronale cunoscute

coming from the brain that play this very function

care vin de la creier şi care au această funcţie

during locomotion.

în timpul mişcării.

My idea: Replace this missing input

Ideea mea -- înlocuim impulsul lipsă

to provide the spinal cord

pentru a furniza şirei spinării

with the kind of intervention

intervenţia necesară

that the brain would deliver naturally in order to walk.

pentru ca creierul să comande mişcarea.

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

Am parcurs 20 de ani de studii de cercetare

first to replace the missing fuel

întâi să înlocuiesc combustibilul lipsă

with pharmacological agents

cu agenţi farmaceutici

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

care să pregătească neuronii şirei spinării să se apridă,

and second, to mimic the accelerator pedal

şi apoi, să mimez pedala de acceleraţie

with electrical stimulation.

cu stimularea electrică.

So here imagine an electrode

Imaginaţi-vă un electrod

implanted on the back of the spinal cord

implantat în şira spinării

to deliver painless stimulation.

care eliberează o stimulare nedureroasă.

It took many years, but eventually we developed

A durat ceva, dar am dezvoltat în final

an electrochemical neuroprosthesis

o neuroproteză electrochimică

that transformed the neural network

care a transformat reţeaua neurală

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

din şira spinării nefuncţională, în stare funcţională.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

Imediat, şobolanul a putut sta.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Când banda a început să se mişte,

the animal shows coordinated movement of the leg,

animalul şi-a coordonat mişcarea piciorului,

but without the brain.

însă fără creier.

Here what I call "the spinal brain"

Este ce numesc eu „creierul spinal"

cognitively processes sensory information

care procesează cognitiv informaţiile senzoriale

arising from the moving leg

care vin de la piciorul în mișcare

and makes decisions as to how to activate the muscle

şi ia decizia să activeze muşchiul

in order to stand, to walk, to run,

pentru a sta, a merge, a fugi,

and even here, while sprinting,

şi chiar a sprinta

instantly stand

şi a se opri instantaneu

if the treadmill stops moving.

dacă banda se opreşte.

This was amazing.

A fost extraordinar.

I was completely fascinated by this locomotion

Am fost fascinat de această locomoţie

without the brain,

fără creier,

but at the same time so frustrated.

dar şi frustrat.

This locomotion was completely involuntary.

Această locomoţie era complet involuntară.

The animal had virtually no control over the legs.

Animalul nu avea control virtual asupra picioarelor.

Clearly, the steering system was missing.

Sistemul de direcţie lipsea.

And it then became obvious from me

Şi am realizat

that we had to move away

că trebuie să ne îndepărtăm

from the classical rehabilitation paradigm,

de paradigma clasică a reabilitării,

stepping on a treadmill,

să urcăm pe bandă,

and develop conditions that would encourage

şi să dezvoltăm condiţii care ar încuraja

the brain to begin voluntary control over the leg.

creierul să înceapă să controleze voluntar piciorul.

With this in mind, we developed a completely new

Astfel, am dezvoltat un nou

robotic system to support the rat

sistem robotic care să sprijine şobolanul

in any direction of space.

în orice direcţie a spaţiului.

Imagine, this is really cool.

Imaginaţi-vă, e chiar grozav.

So imagine the little 200-gram rat

Un şobolan de 200 de grame

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

ataşat la extremitatea acestui robot de 200 de kile,

but the rat does not feel the robot.

dar şobolanul nu simte robotul.

The robot is transparent,

Acesta e transparent,

just like you would hold a young child

ca şi cum aţi susţine un copil mic

during the first insecure steps.

la primii lui paşi.

Let me summarize: The rat received

Să rezum: Şobolanul a suferit

a paralyzing lesion of the spinal cord.

o leziune paralizantă a şirei spinării.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

Neuroproteza electrochimică i-a permis

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

o stare înalt funcţională a reţelei spinale locomotoare.

The robot provided the safe environment

Robotul i-a oferit un mediu sigur

to allow the rat to attempt anything

care a permis cobailui să facă orice

to engage the paralyzed legs.

să îşi mişte picioarele paralizate.

And for motivation, we used what I think

Şi pentru motivaţie, am folosit ceea ce cred eu

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

că e cel mai puternic medicament din Elveţia:

fine Swiss chocolate.

ciocolata fină elveţiană.

(Laughter)

(Râsete)

Actually, the first results were very, very,

De fapt, primele rezultate au fost foarte, foarte,

very disappointing.

descurajante.

Here is my best physical therapist

Iată-l pe cel mai bun fizioterapeut

completely failing to encourage the rat

eşuând să încurajeze şobolanul

to take a single step,

să facă un singur pas,

whereas the same rat, five minutes earlier,

în timp ce, cu cinci minute înainte,

walked beautifully on the treadmill.

mergea aşa frumos pe bandă.

We were so frustrated.

Eram aşa de frustraţi.

But you know, one of the most essential qualities

Dar ştiţi, una din calităţile esenţiale

of a scientist is perseverance.

ale unui om de ştiinţă e perseverenţa

We insisted. We refined our paradigm,

Am insistat. Am rafinat paradigma,

and after several months of training,

şi după câteva luni de pregătire,

the otherwise paralyzed rat could stand,

acel şobolan a putut sta în picioare,

and whenever she decided,

şi putea decide,

initiated full weight-bearing locomotion

iniţia mişcarea

to sprint towards the rewards.

pentru a sări spre răsplată.

This is the first recovery ever observed

Asta e prima recuperare observată

of voluntary leg movement

a unei mişcări voluntare a piciorului

after an experimental lesion of the spinal cord

după o leziune experimentală a şirei spinării

leading to complete and permanent paralysis.

care a dus la paralizie permanentă.

In fact --

De fapt --

(Applause)

(Aplauze)

Thank you.

Mulţumesc.

In fact, not only could the rat initiate

De fapt, nu numai că şobolanul a iniţiat

and sustain locomotion on the ground,

şi sustinut mişcarea pe pământ,

they could even adjust leg movement,

au putut să ajusteze mişcarea piciorului,

for example, to resist gravity

de exemplu, să reziste gravitaţiei

in order to climb a staircase.

pentru a urca o scară.

I can promise you this was

Va spun ca ăsta a fost

such an emotional moment in my laboratory.

un moment emoţionant în laborator.

It took us 10 years of hard work

Ne-a luat 10 ani de muncă grea

to reach this goal.

să ajungem aici.

But the remaining question was, how?

Însă întrebarea era, cum?

I mean, how is it possible?

Adică, cum este posibil?

And here, what we found

Şi am găsit ceva

was completely unexpected.

complet neaşteptat.

This novel training paradigm

Această nouă paradigmă de training

encouraged the brain to create new connections,

încurajează creierul să creeze noi conexiuni,

some relay circuits

circuite

that relay information from the brain

care schimbă informaţii cu creierul

past the injury and restore cortical control

trec de rană şi restabilesc controlul cortical

over the locomotor networks below the injury.

asupra reţelei locomotoare de sub leziune.

And here, you can see one such example,

Şi aici, puteţi vedea un asemenea exemplu,

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

în care am colorat fibrele care vin de la creier, în roşu.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Acest neuron albastru e conectat cu centrul locomotor,

and what this constellation

iar această constelaţie

of synaptic contacts means

de contacte sinaptice înseamnă

is that the brain is reconnected with the locomotor center

că, creierul e reconectat cu centrul locomotor

with only one relay neuron.

doar cu un releu de neuroni.

But the remodeling was not restricted

Dar remodelarea nu s-a limitat

to the lesion area.

la aria leziunii.

It occurred throughout the central nervous system,

S-a manifestat prin tot sistemul nervos central,

including in the brain stem,

inclusiv trunchiul cerebral,

where we observed up to 300-percent increase

unde am observat o creştere de 300%

in the density of fibers coming from the brain.

în densitatea fibrelor care vin de la creier.

We did not aim to repair the spinal cord,

Nu ne-am propus să reparăm coloana,

yet we were able to promote

şi totuşi am reușit să creăm

one of the more extensive remodeling

una dintre cele mai extinse remodelări

of axonal projections ever observed

ale proiecţiei axonale, observate vreodată

in the central nervous system of adult mammal

în sistemul nervos central al unui mamifer adult

after an injury.

după o leziune.

And there is a very important message

Există un mesaj foarte important,

hidden behind this discovery.

ascuns în această descoperire.

They are the result of a young team

Există rezultate ale unei echipe tinere

of very talented people:

de oameni foarte talentaţi:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

fizioterapeuţi, neurobiologi, neurochirurgi,

engineers of all kinds,

igineri de diferite specialităţi,

who have achieved together

care au obţinut împreună

what would have been impossible by single individuals.

ceea ce nu s-a putut de unul singur.

This is truly a trans-disciplinary team.

E de fapt o echipa interdisciplinară.

They are working so close to each other

Ei lucrează atât de strâns

that there is horizontal transfer of DNA.

că există un transfer orizontal de ADN.

We are creating the next generation

Noi creăm următoarea generaţie

of M.D.'s and engineers

de doctoranzi şi ingineri

capable of translating discoveries all the way

capabili să adapteze descoperirile

from bench to bedside.

din laborator la patul bolnavului.

And me?

Iar eu?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Sunt un simplu maestru care conduce aceasta simfonie.

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

Acum cred că vă întrebaţi,

will this help injured people?

ajută asta oamenii afectaţi?

Me too, every day.

Şi eu mă întreb asta, zilnic.

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

Adevărul e că încă nu ştim destule.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

Nu este un remediu pentru afecţiunile şirei spinării,

but I begin to believe that this may lead

dar încep să cred că poate conduce

to an intervention to improve recovery

la o intervenţie de îmbunătaţire

and people's quality of life.

a calităţii vieţii oamenilor.

I would like you all

Vreau ca toţi

to take a moment and dream with me.

să vă opriţi şi să visaţi cu mine.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Imaginaţi-vă o persoană care suferă de această afecţiune.

After a few weeks of recovery,

După câteva săptămâni de recuperare,

we will implant a programmable pump

vom implanta o pompă programabilă

to deliver a personalized pharmacological cocktail

să livreze un cocktail farmacologic personalizat

directly to the spinal cord.

direct în şira spinării.

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

În acelaşi timp, vom implanta electrozi,

a sort of second skin

un fel de altă piele

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

care acoperă aria şirei spinării controlând mişcarea piciorului,

and this array is attached to an electrical pulse generator

iar această reţea e ataşată la un generator de puls electric

that delivers stimulations that are tailored

care livrează stimuli stabiliţi în

to the person's needs.

funcţie de nevoia persoanei.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Înseamnă o neuroproteză electrochimică personalizată

that will enable locomotion

care va permite mişcarea

during training with a newly designed supporting system.

în timpul trainingului cu un nou sistem de suport.

And my hope is that after several months of training,

Eu sper ca după câteva luni de training,

there may be enough remodeling of residual connection

poate exista suficientă conexiune reziduală

to allow locomotion without the robot,

care să permită mişcarea fără robot,

maybe even without pharmacology or stimulation.

poate chiar fără stimulare farmacologică.

My hope here is to be able to create

Sper să putem crea

the personalized condition

condiţii personalizate

to boost the plasticity of the brain

să mărim plasticitatea creierului

and the spinal cord.

şi a şirei spinării.

And this is a radically new concept

Iar acesta este un concept radical nou

that may apply to other neurological disorders,

care se poate aplica şi altor afecţiuni neurologice,

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

denumite „neuroprostetice personalizate",

where by sensing and stimulating neural interfaces,

unde prin simţirea şi stimularea interfeţei neuronale,

I implanted throughout the nervous system,

am implantat prin sistemul nervos,

in the brain, in the spinal cord,

din creier, în șira spinării,

even in peripheral nerves,

chiar în nervii periferici,

based on patient-specific impairments.

pe care se bazează dizabilitatea specifică a pacientului.

But not to replace the lost function, no --

Dar nu pentru a înlocui funcţia pierdută, nu --

to help the brain help itself.

ci pentru a ajuta creierul.

And I hope this enticed your imagination,

Sper că asta v-a aprins imaginaţia,

because I can promise to you

pentru că vă promit,

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

nu-i vorba dacă se poate,

but when.

ci când.

And remember, we are only as great

Rețineți, suntem atât de mari

as our imagination, as big as our dream.

pe cât imaginaţia şi visele noastre.

Thank you.

Mulţumesc.

(Applause)

(Aplauze)