Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Грегуар Куртен: Парализованные крысы могут ходить

Переводчик: Ekaterina Saraeva

I am a neuroscientist

Я нейробиолог,

with a mixed background in physics and medicine.

специализируюсь в физике и медицине.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

Моя лаборатория в Швейцарском федеральном институте технологии

focuses on spinal cord injury,

занимается повреждениями спинного мозга,

which affects more than 50,000 people

которые поражают более 50 000 людей

around the world every year,

во всем мире каждый год,

with dramatic consequences for affected individuals,

с ужасными последствиями для поражённых людей —

whose life literally shatters

их жизнь разрушается

in a matter of a handful of seconds.

буквально в считанные секунды.

And for me, the Man of Steel,

Для меня Супермен,

Christopher Reeve,

Кристофер Рив,

has best raised the awareness

больше всех привлёк внимание

on the distress of spinal cord injured people.

к страданиям людей, имеющих травму позвоночника.

And this is how I started my own personal journey

И вот так я начал своё путешествие

in this field of research,

в эту область исследований,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

работая с организацией Кристофера и Даны Рив.

I still remember this decisive moment.

Я до сих пор помню решающий момент.

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

Это был конец обычного рабочего дня

with the foundation.

в организации.

Chris addressed us, the scientists and experts,

Крис обратился к нам, учёным и специалистам:

"You have to be more pragmatic.

«Вы должны быть более прагматичными.

When leaving your laboratory tomorrow,

Завтра, когда вы выйдете из лаборатории,

I want you to stop by the rehabilitation center

я хочу, чтобы вы остановились у реабилитационного центра

to watch injured people

и посмотрели на травмированных людей,

fighting to take a step,

сражающихся за каждый свой шаг,

struggling to maintain their trunk.

старающихся держать своё тело прямо.

And when you go home,

И на пути домой подумайте,

think of what you are going to change in your research

что вы измените в своих исследованиях,

on the following day to make their lives better."

чтобы сделать их жизни лучше».

These words, they stuck with me.

Эти слова задели меня.

This was more than 10 years ago,

С тех пор прошло более 10 лет,

but ever since, my laboratory has followed

но моя лаборатория до сих пор придерживается

the pragmatic approach to recovery

прагматичного подхода в лечении

after spinal cord injury.

травм позвоночника.

And my first step in this direction

Моим первым шагом в этом направлении

was to develop a new model of spinal cord injury

было развитие новой модели повреждения позвоночника,

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

которая бы более точно копировала ключевые черты повреждения человека,

while offering well-controlled experimental conditions.

предлагая легко контролируемые экспериментальные условия.

And for this purpose, we placed two hemisections

Для этой цели мы осуществили

on opposite sides of the body.

половинное поражение спинного мозга.

They completely interrupt the communication

Это абсолютно прервало связь

between the brain and the spinal cord,

между головным и спинным мозгом,

thus leading to complete and permanent paralysis

что привело к полному и постоянному параличу

of the leg.

обеих ног.

But, as observed, after most injuries in humans,

Но, как было обнаружено, после большинства травм в организме человека

there is this intervening gap of intact neural tissue

образуется промежуточный разрыв неповреждённых нервных тканей,

through which recovery can occur.

где и может произойти выздоровление.

But how to make it happen?

Но как это осуществить?

Well, the classical approach

Итак, классический подход

consists of applying intervention

состоит из проводимого вмешательства,

that would promote the growth of the severed fiber

способствующего восстановлению порванных тканей

to the original target.

в их обычное положение.

And while this certainly remained the key for a cure,

Хотя это долго оставалось ключевым методом лечения,

this seemed extraordinarily complicated to me.

это казалось мне слишком сложным.

To reach clinical fruition rapidly,

Чтобы достигнуть клинического успеха быстро,

it was obvious:

очевидно, нужно

I had to think about the problem differently.

взглянуть на проблему с другой стороны.

It turned out that more than 100 years of research

Оказалось, что более 100 лет исследований

on spinal cord physiology,

физиологии спинного позвоночника,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

начавшиеся ещё с Нобелевской премии, вручённой Шеррингтону,

had shown that

показали, что

the spinal cord, below most injuries,

здоровый спинной мозг

contained all the necessary and sufficient neural networks

содержит достаточное количество необходимых нервных соединений

to coordinate locomotion,

для координации движений,

but because input from the brain is interrupted,

но так как вывод сигналов из мозга прерван,

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

они не могут функционировать, и находятся как будто в спячке.

My idea: We awaken this network.

Моя идея: разбудить эти нервные сети.

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

В то время я работал в докторантуре в Лос-Анджелесе

after completing my Ph.D. in France,

после того, как получил степень кандидата наук во Франции,

where independent thinking

где независимое мышление

is not necessarily promoted.

не является обязательным.

(Laughter)

(Смех)

I was afraid to talk to my new boss,

Я боялся поговорить с моим новым начальником,

but decided to muster up my courage.

но все-таки решил собрать свою волю в кулак.

I knocked at the door of my wonderful advisor,

Я постучал в дверь к моему замечательному руководителю,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

Регги Эджертону, поделиться с ним моей новой идеей.

He listened to me carefully,

Он выслушал меня внимательно

and responded with a grin.

и ответил с улыбкой:

"Why don't you try?"

«Почему бы вам не попробовать?»

And I promise to you,

Я вам клянусь,

this was such an important moment in my career,

это был настолько важный момент в моей карьере,

when I realized that the great leader

когда я осознал, что великий руководитель

believed in young people and new ideas.

поверил в молодого парня и его новые идеи.

And this was the idea:

Итак, вот какой была эта идея:

I'm going to use a simplistic metaphor

Я использую простую метафору,

to explain to you this complicated concept.

чтобы объяснить замысловатую идею.

Imagine that the locomotor system is a car.

Представьте, что опорно-двигательный аппарат это машина.

The engine is the spinal cord.

А спинной мозг — это двигатель.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

Передача прервана. Двигатель перестал работать.

How could we re-engage the engine?

Как повторно завести двигатель?

First, we have to provide the fuel;

Во-первых, нужно заправить машину;

second, press the accelerator pedal;

во-вторых, нажать на педаль газа;

third, steer the car.

в-третьих, переключить коробку передач.

It turned out that there are known neural pathways

Оказалось, что есть известные нервные связи,

coming from the brain that play this very function

идущие от мозга, которые выполнят эту самую функцию

during locomotion.

во время двигательной активности.

My idea: Replace this missing input

Моя идея: заменить этот отсутствующий сигнал,

to provide the spinal cord

и тем самым подвергнуть спинной мозг

with the kind of intervention

определённым вмешательствам,

that the brain would deliver naturally in order to walk.

как будто мозг естественным образом отправляет сигнал ходить.

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

Для этого использовал 20 лет исследований в неврологии,

first to replace the missing fuel

во-первых, чтобы заменить отсутствующее топливо

with pharmacological agents

фармакологическими средствами

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

которые подготавливают нервные окончания спинного мозга к работе,

and second, to mimic the accelerator pedal

и во-вторых, чтобы заменить педаль газа

with electrical stimulation.

электрическим стимулятором.

So here imagine an electrode

Итак, представьте себе электрод,

implanted on the back of the spinal cord

вживлённый в заднюю часть спинного мозга,

to deliver painless stimulation.

чтобы передавать безболезненные стимулирующие сигналы.

It took many years, but eventually we developed

Мы потратили много лет, но в конце концов разработали

an electrochemical neuroprosthesis

электрохимический нейропротез,

that transformed the neural network

передающий нервные сигналы в спинной мозг

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

и выводящий его из спячки в активно функционирующее состояние.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

Парализованная крыса сразу же смогла встать.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Как только беговое полотно начинает двигаться,

the animal shows coordinated movement of the leg,

животное демонстрирует координированное движение ног,

but without the brain.

но без участия мозга.

Here what I call "the spinal brain"

То, что я назвал «спинной мозг»,

cognitively processes sensory information

когнитивно перерабатывает сенсорную информацию,

arising from the moving leg

поступающую из ног, находящихся в движении

and makes decisions as to how to activate the muscle

и принимает решения, как работать мышцам

in order to stand, to walk, to run,

для того чтобы, стоять, идти, бежать

and even here, while sprinting,

и даже во время быстрого бега

instantly stand

мгновенно остановиться,

if the treadmill stops moving.

если беговая дорожка перестаёт двигаться.

This was amazing.

Это было удивительно.

I was completely fascinated by this locomotion

Я был совершенно поражён этой двигательной активностью

without the brain,

без участия мозга,

but at the same time so frustrated.

но в то же время так отчаян.

This locomotion was completely involuntary.

Эта двигательная активность была абсолютно не намеренной.

The animal had virtually no control over the legs.

Животное фактически не контролировало свои ноги.

Clearly, the steering system was missing.

Несомненно, система управления отсутствовала.

And it then became obvious from me

И затем мне стало очевидно,

that we had to move away

что мы должны отойти

from the classical rehabilitation paradigm,

от классической системы реабилитации,

stepping on a treadmill,

ходьбы на беговой дорожке,

and develop conditions that would encourage

и разработать условия, которые бы заставили мозг

the brain to begin voluntary control over the leg.

начать самостоятельно управлять ногами.

With this in mind, we developed a completely new

Имея это в виду, мы создали совершенно новую

robotic system to support the rat

роботизированную систему для поддержания крысы

in any direction of space.

в вертикальном положении.

Imagine, this is really cool.

Вообразите, как это здорово.

So imagine the little 200-gram rat

Итак, представьте маленькую 200-граммовую крысу,

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

прикреплённую к окончанию этого 200-килограммового робота,

but the rat does not feel the robot.

но грызун не чувствует этого робота.

The robot is transparent,

Робот незаметен,

just like you would hold a young child

как будто вы держите маленького ребёнка

during the first insecure steps.

во время его первых неуверенных шагов.

Let me summarize: The rat received

Давайте подведём итог. Крыса получила

a paralyzing lesion of the spinal cord.

парализующее поражение спинного мозга.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

Электрохимические нейропротезы смогли обеспечить

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

активно функционирующее состояние спинного опорно-двигательного аппарата.

The robot provided the safe environment

Робот обеспечивает безопасную среду,

to allow the rat to attempt anything

в которой крыса никак

to engage the paralyzed legs.

не задействует парализованные ноги.

And for motivation, we used what I think

И для мотивации мы использовали, как я полагаю,

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

наиболее сильную швейцарскую фармакологию:

fine Swiss chocolate.

отличный швейцарский шоколад.

(Laughter)

(Смех)

Actually, the first results were very, very,

На самом деле, первые результаты были очень, очень,

very disappointing.

очень разочаровывающими.

Here is my best physical therapist

Мой лучший физиотерапевт

completely failing to encourage the rat

совершенно не мог подвигнуть крысу

to take a single step,

сделать хоть один шаг,

whereas the same rat, five minutes earlier,

в то время как такая же крыса 5 минут ранее

walked beautifully on the treadmill.

превосходно ходила на бегущей дорожке.

We were so frustrated.

Мы были так расстроены.

But you know, one of the most essential qualities

Но как вы знаете, одно из самых важнейших

of a scientist is perseverance.

качеств учёного — это упорство.

We insisted. We refined our paradigm,

Мы настояли. Мы усовершенствовали нашу систему,

and after several months of training,

и после нескольких месяцев тренировок,

the otherwise paralyzed rat could stand,

парализованная крыса смогла стоять,

and whenever she decided,

и когда бы она ни захотела,

initiated full weight-bearing locomotion

вставала на все лапы

to sprint towards the rewards.

и добегала до награды.

This is the first recovery ever observed

Это первое в истории выздоровление

of voluntary leg movement

произвольных движений ног,

after an experimental lesion of the spinal cord

после экспериментального повреждения спинного мозга,

leading to complete and permanent paralysis.

полного и постоянного паралича ног.

In fact --

Фактически…

(Applause)

(Аплодисменты)

Thank you.

Спасибо.

In fact, not only could the rat initiate

Фактически, крысы могли не только стимулировать и поддерживать

and sustain locomotion on the ground,

своё передвижение по земле,

they could even adjust leg movement,

они даже могли корректировать движение ног,

for example, to resist gravity

например, сопротивлялись давлению,

in order to climb a staircase.

чтобы подняться по лестнице.

I can promise you this was

Я могу поклясться вам, что это был

such an emotional moment in my laboratory.

чрезвычайно эмоциональный момент в моей лаборатории.

It took us 10 years of hard work

10 лет мы упорно трудились,

to reach this goal.

чтобы достичь этой цели.

But the remaining question was, how?

Но оставался вопрос. Как?

I mean, how is it possible?

То есть, как это возможно?

And here, what we found

То, что мы обнаружили,

was completely unexpected.

было совершенно неожиданным.

This novel training paradigm

Этот новая система тренировок

encouraged the brain to create new connections,

заставляла мозг создавать новые соединения,

some relay circuits

релейные схемы,

that relay information from the brain

отправляющие информацию из мозга,

past the injury and restore cortical control

восстанавливали травму и контроль мозга

over the locomotor networks below the injury.

над здоровыми соединениями опорно-двигательного аппарата.

And here, you can see one such example,

Здесь можно увидеть пример:

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

мы выделили красным цветом исходящие из мозга нервы.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Голубой нейрон соединён с опорно-двигательным центром

and what this constellation

и эта совокупность

of synaptic contacts means

синаптических контактов означает,

is that the brain is reconnected with the locomotor center

что мозг восстановил связь с опорно-двигательным аппаратом

with only one relay neuron.

с помощью одного релейного нейрона.

But the remodeling was not restricted

Но лечение не ограниченно

to the lesion area.

только этой зоной поражения.

It occurred throughout the central nervous system,

Оно проходит через всю нервную систему,

including in the brain stem,

включая и мозговой ствол,

where we observed up to 300-percent increase

где, как мы обнаружили, вплоть до 300% увеличивается

in the density of fibers coming from the brain.

плотность нервных волокон, идущих от мозга.

We did not aim to repair the spinal cord,

У нас не было цели восстановить спинной мозг,

yet we were able to promote

однако мы смогли стимулировать

one of the more extensive remodeling

одну из наиболее обширных реконструкций

of axonal projections ever observed

аксональных проекций

in the central nervous system of adult mammal

центральной нервной системы взрослых млекопитающих

after an injury.

после травмы.

And there is a very important message

Есть и очень важный вывод,

hidden behind this discovery.

скрытый за самим открытием.

They are the result of a young team

Это результат работы молодой

of very talented people:

и очень талантливой команды учёных:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

физиотерапевтов, нейробиологов, нейрохирургов,

engineers of all kinds,

инженеров различных областей,

who have achieved together

все они вместе достигли того,

what would have been impossible by single individuals.

что не могло быть осуществлено одним человеком.

This is truly a trans-disciplinary team.

Это действительно высококвалифицированная команда.

They are working so close to each other

Они работают так тесно,

that there is horizontal transfer of DNA.

что даже передают друг другу ДНК.

We are creating the next generation

Мы готовим новое поколение

of M.D.'s and engineers

докторов медицины и инженеров,

capable of translating discoveries all the way

способных развивать науку

from bench to bedside.

от исследований до самих пациентов.

And me?

А что я?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Я всего лишь маэстро, дирижирующий эту красивую симфонию.

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

Я уверен, сейчас вы задаётесь вопросом,

will this help injured people?

поможет ли это больным людям?

Me too, every day.

И я тоже, каждый день.

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

На самом деле, у нас ещё мало информации.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

В общем, это не является лечением травмы спинного мозга,

but I begin to believe that this may lead

но я начинаю верить, что это может привести

to an intervention to improve recovery

к усовершенствованию методов лечения

and people's quality of life.

и качества жизни людей.

I would like you all

Мне бы хотелось, чтобы вы все

to take a moment and dream with me.

разделили этот момент и помечтали со мной.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Представьте себе человека, только что получившего травму спинного мозга.

After a few weeks of recovery,

После нескольких недель реабилитации

we will implant a programmable pump

мы вживим запрограммированную помпу

to deliver a personalized pharmacological cocktail

для переноса личной фармакологической смеси

directly to the spinal cord.

прямо в его спинной мозг.

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

Затем мы имплантируем электронную установку,

a sort of second skin

которая, как вторая кожа,

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

покроет зону спинного мозга, контролирующую движение ног,

and this array is attached to an electrical pulse generator

и эта установка, прикреплённая к электрическому импульсному генератору,

that delivers stimulations that are tailored

передаёт импульсы, соответствующие

to the person's needs.

нуждам человека.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Это показывает, как личный электрохимический нейропротез

that will enable locomotion

сделает возможным двигаться

during training with a newly designed supporting system.

в течение тренировки с помощью новой поддерживающей системы.

And my hope is that after several months of training,

Я надеюсь, что несколько месяцев тренировок

there may be enough remodeling of residual connection

будет достаточно для восстановления оставшихся соединений,

to allow locomotion without the robot,

чтобы позволить двигаться без робота

maybe even without pharmacology or stimulation.

и, возможно, даже без лекарств или стимуляции.

My hope here is to be able to create

Я надеюсь, мы сможем создать

the personalized condition

персонализированное состояние

to boost the plasticity of the brain

для повышения гибкости деятельности

and the spinal cord.

спинного и головного мозга.

And this is a radically new concept

И это радикально новая концепция,

that may apply to other neurological disorders,

которая может быть применима к другим неврологическим нарушениям.

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

Я назвал её «персонализированное нейропротезирование».

where by sensing and stimulating neural interfaces,

Она сочетает считывание и стимуляцию нейронных интерфейсов,

I implanted throughout the nervous system,

вживлённых в нервную систему,

in the brain, in the spinal cord,

в головной и спинной мозг,

even in peripheral nerves,

и даже в периферических нервах,

based on patient-specific impairments.

основанных на индивидуальных патологиях.

But not to replace the lost function, no --

Но не для замены утраченной функции,

to help the brain help itself.

а чтобы помочь мозгу самостоятельно восстановиться.

And I hope this enticed your imagination,

Я надеюсь, это привлечёт ваше внимание,

because I can promise to you

потому что я могу пообещать вам,

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

вопрос не в том, свершится ли эта революция,

but when.

а вопрос — когда она свершится.

And remember, we are only as great

И помните, наша сила

as our imagination, as big as our dream.

в изобретательности и мечтах.

Thank you.

Спасибо!

(Applause)

(Аплодисменты)