Grégoire Courtine: The paralyzed rat that walked

Grégoire Courtine: Chú chuột bị liệt đã đi được.

Translator: Thao Nguyen Reviewer: Hai Anh Vu

I am a neuroscientist

Tôi là nhà khoa học thần kinh

with a mixed background in physics and medicine.

với vốn kiến thức cơ bản về vật lý và y học.

My lab at the Swiss Federal Institute of Technology

Phòng thí nghiệm của tôi ở viện kỹ thuật liên bang Thụy Sĩ

focuses on spinal cord injury,

tập trung vào những tổn thương tủy sống,

which affects more than 50,000 people

ảnh hưởng tới hơn 50, 000 người

around the world every year,

trên toàn thế giới mỗi năm,

with dramatic consequences for affected individuals,

gây ra hậu quả nghiêm trọng đối với những người bị ảnh hưởng

whose life literally shatters

cuộc sống của họ bị đảo lộn

in a matter of a handful of seconds.

chỉ trong tích tắc.

And for me, the Man of Steel,

Đối với tôi, người đàn ông thép,

Christopher Reeve,

Christopher Reeve,

has best raised the awareness

tôi đã nâng cao nhận thức về

on the distress of spinal cord injured people.

nỗi đau khổ của những người bị tổn thương tủy sống.

And this is how I started my own personal journey

Đó là lý do tôi bắt đầu cuộc hành trình của riêng mình

in this field of research,

trong lĩnh vực nghiên cứu này,

working with the Christopher and Dana Reeve Foundation.

làm việc với tổ chức của Christopher và Dana Reeve.

I still remember this decisive moment.

Tôi vẫn còn nhớ thời điểm quyết định.

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

Đó là lúc kết thúc một ngày làm việc bình thường

with the foundation.

ở tổ chức này.

Chris addressed us, the scientists and experts,

Chris đã ngỏ ý với chúng tôi, các nhà khoa học và các chuyên gia,

"You have to be more pragmatic.

"Các bạn phải thực tế hơn nữa.

When leaving your laboratory tomorrow,

Ngày mai, khi các bạn bước chân ra khỏi phòng thí nghiệm,

I want you to stop by the rehabilitation center

tôi muốn các bạn đến trung tâm phục hồi chức năng

to watch injured people

chứng kiến những người bị tổn thương

fighting to take a step,

đang phải đấu tranh đấu để đi được từng bước,

struggling to maintain their trunk.

đấu tranh để giữ cơ thể họ đứng vững.

And when you go home,

Và khi các bạn về nhà,

think of what you are going to change in your research

hãy suy nghĩ về những gì các bạn có thể làm để thay đổi hướng nghiên cứu của mình

on the following day to make their lives better."

để làm cho cuộc sống của họ tốt hơn."

These words, they stuck with me.

Những lời nói này đọng lại trong tâm trí tôi.

This was more than 10 years ago,

Chuyện này đã xảy ra hơn 10 năm,

but ever since, my laboratory has followed

nhưng kể từ đó, phòng thí nghiệm của tôi đã theo đuổi

the pragmatic approach to recovery

những hướng đi thực tế cho quá trình phục hồi

after spinal cord injury.

sau khi chấn thương cột sống.

And my first step in this direction

Và bước đầu tiên của tôi theo hướng này

was to develop a new model of spinal cord injury

là phát triển một mô hình chấn thương cột sống mới

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

có thể mô phỏng những đặc điểm chính giống như chấn thương tủy ở người

while offering well-controlled experimental conditions.

trong khi các điều kiện thí nghiệm được kiểm soát chặt chẽ.

And for this purpose, we placed two hemisections

Với mục đích này, chúng tôi đã tạo 2 tổn thương hemisection

on opposite sides of the body.

hai bên đối diện cơ thể.

They completely interrupt the communication

Chúng phá hủy hoàn toàn sự liên lạc

between the brain and the spinal cord,

giữa não và tủy sống,

thus leading to complete and permanent paralysis

do đó dẫn đến chân bị liệt hoàn toàn

of the leg.

và vĩnh viễn.

But, as observed, after most injuries in humans,

Tuy nhiên, như quan sát, hầu hết các thương tích ở người,

there is this intervening gap of intact neural tissue

có khe hở ở giữa các mô thần kinh nguyên vẹn

through which recovery can occur.

thông qua đó quá trình khôi phục có thể xảy ra.

But how to make it happen?

Nhưng làm thế nào để biến nó thành hiện thực bây giờ?

Well, the classical approach

Vâng, phương pháp tiếp cận cổ điển

consists of applying intervention

bao gồm biện pháp can thiệp

that would promote the growth of the severed fiber

thúc đẩy sự phát triển của sợi thần kinh bị đứt

to the original target.

trở lại nguyên vẹn ban đầu.

And while this certainly remained the key for a cure,

Và trong khi phương pháp này vẫn là mấu chốt cho việc điều trị,

this seemed extraordinarily complicated to me.

tôi cảm thấy nó vô cùng phức tạp.

To reach clinical fruition rapidly,

Để có thể nhanh chóng đưa ra thực hiện ở lâm sàng,

it was obvious:

điều đó quá rõ ràng:

I had to think about the problem differently.

Tôi đã phải suy nghi vấn đề này theo hướng khác.

It turned out that more than 100 years of research

Hơn 100 năm nghiên cứu

on spinal cord physiology,

sinh lý học tủy sống,

starting with the Nobel Prize Sherrington,

bắt đầu với giải Nobel của Sherrington,

had shown that

đã chỉ ra rằng

the spinal cord, below most injuries,

tủy sống, bên dưới hầu hết các chấn thương,

contained all the necessary and sufficient neural networks

có tất cả những mạng lưới thần kinh cần thiết

to coordinate locomotion,

để kết hợp vận động

but because input from the brain is interrupted,

nhưng phần tiếp nhận từ não bị gián đoạn,

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

chúng ở tình trạng không hoạt động.

My idea: We awaken this network.

Ý tưởng của tôi: chúng tôi đánh thức mạng lưới này.

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

Vào thời điểm đó, tôi đang theo chương trình sau tiến sĩ ở Los Angeles,

after completing my Ph.D. in France,

sau khi hoàn thành bằng tiến sĩ của tôi tại Pháp,

where independent thinking

nơi mà tư duy độc lập

is not necessarily promoted.

không thật sự được khuyến kích.

(Laughter)

(Tiếng cười)

I was afraid to talk to my new boss,

Tôi sợ phải nói chuyện với sếp mới của mình,

but decided to muster up my courage.

nhưng tôi đã cố gắng tập trung mọi sự dũng cảm của mình,

I knocked at the door of my wonderful advisor,

Tôi gõ cửa phòng người cố vấn tuyệt vời của tôi,

Reggie Edgerton, to share my new idea.

Reggie Edgerton, để chia sẻ ý tưởng mới của tôi.

He listened to me carefully,

Ông đã chăm chú nghe tôi nói,

and responded with a grin.

nhoẻn miệng cười.

"Why don't you try?"

"Tại sao bạn không thử?"

And I promise to you,

Và tôi cam đoan với bạn,

this was such an important moment in my career,

đó là khoảng khắc quan trọng trong sự nghiệp của tôi,

when I realized that the great leader

khi tôi nhận ra rằng nhà lãnh đạo tuyệt vời này

believed in young people and new ideas.

đã tin tưởng vào những người trẻ tuổi và những ý tưởng mới.

And this was the idea:

Và đây là ý tưởng cùa tôi:

I'm going to use a simplistic metaphor

Tôi sẽ sử dụng một phép ẩn dụ đơn giản

to explain to you this complicated concept.

để giải thích cho các bạn khái niệm phức tạp này.

Imagine that the locomotor system is a car.

Hãy tưởng tượng hệ thống vận động là một chiếc xe hơi.

The engine is the spinal cord.

Động cơ là tủy sống.

The transmission is interrupted. The engine is turned off.

Việc truyền tải bị gián đoạn. Động cơ bị tắt.

How could we re-engage the engine?

Làm thế nào chúng tôi có thể tái khởi động động cơ?

First, we have to provide the fuel;

Trước tiên, chúng tôi phải cung cấp nhiên liệu;

second, press the accelerator pedal;

Thứ hai, nhấn chân ga ;

third, steer the car.

Thứ ba, lái xe.

It turned out that there are known neural pathways

Chúng ta đã nắm rất rõ những con đường truyền tín hiệu thần kinh

coming from the brain that play this very function

đến từ não bộ đảm nhiệm chức năng này

during locomotion.

trong quá trình vận động.

My idea: Replace this missing input

Ý tưởng của tôi: thay thế phần tiếp nhận thông tin bị lỗi

to provide the spinal cord

để cột sống nhận được

with the kind of intervention

sự can thiệp mà não có thể

that the brain would deliver naturally in order to walk.

truyền tải tín hiệu tự nhiên để cơ thể có thể bước đi.

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

Đối với điều này, tôi kế tục công trình nghiên cứu 20 năm của khoa học thần kinh

first to replace the missing fuel

để, đầu tiên, thay thế nhiên liệu bị thiếu

with pharmacological agents

bằng các tác nhân dược lý

that prepare the neurons in the spinal cord to fire,

để chuẩn bị các tế bào thần kinh trong tủy sống,

and second, to mimic the accelerator pedal

và thứ hai, để mô phỏng bàn đạp tăng tốc

with electrical stimulation.

bằng kích thích điện.

So here imagine an electrode

Hãy tưởng tượng một điện cực

implanted on the back of the spinal cord

cấy ghép ở mặt sau của cột sống

to deliver painless stimulation.

cung cấp sự kích thích không gây đau đớn.

It took many years, but eventually we developed

Phải mất nhiều năm, nhưng cuối cùng chúng tôi đã phát triển

an electrochemical neuroprosthesis

một thần kinh điện hóa học nhân tạo

that transformed the neural network

dùng để chuyển hóa mạng lưới thần kinh

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

trong tủy sống từ dạng không hoạt động thành trạng thái hoạt động cao.

Immediately, the paralyzed rat can stand.

Ngay lập tức, con chuột bị liệt có thể đứng dậy.

As soon as the treadmill belt starts moving,

Ngay sau khi máy tập chạy bắt đầu chuyển động,

the animal shows coordinated movement of the leg,

con chuột biểu hiện các chuyển động phối hợp của chân,

but without the brain.

mà không cần đến não bộ.

Here what I call "the spinal brain"

Cái đó tôi gọi là "não của cột sống"

cognitively processes sensory information

xử lý thông thạo những thông tin giác quan

arising from the moving leg

phát sinh từ chuyển động của chân

and makes decisions as to how to activate the muscle

và kích hoạt các cơ bắp

in order to stand, to walk, to run,

để đứng, đi, chạy,

and even here, while sprinting,

và thậm chí ở đây, trong lúc chạy nước rút,

instantly stand

đứng lại ngay lập tức

if the treadmill stops moving.

khi máy chạy bộ dừng chuyển động.

This was amazing.

Điều này thật tuyệt vời.

I was completely fascinated by this locomotion

Tôi đã hoàn toàn bị cuốn hút bởi sự chuyển động

without the brain,

không cần đến não này,

but at the same time so frustrated.

nhưng cùng lúc đó tôi rất thất vọng.

This locomotion was completely involuntary.

Sự chuyển động này hoàn toàn không tự nguyện.

The animal had virtually no control over the legs.

Con chuột hầu như không có quyền kiểm soát đôi chân của nó.

Clearly, the steering system was missing.

Rõ ràng, hệ thống lái đã bị lỗi.

And it then became obvious from me

Và sau đó tôi thấy rõ

that we had to move away

chúng tôi đã phải từ bỏ

from the classical rehabilitation paradigm,

các mô hình phục hồi chức năng kinh điển,

stepping on a treadmill,

tập bước trên máy chạy bộ,

and develop conditions that would encourage

và phát triển các điều kiện có thể khuyến khích

the brain to begin voluntary control over the leg.

não để bắt đầu kiểm soát chân một cách theo ý muốn.

With this in mind, we developed a completely new

Với điều này trong tâm trí, chúng tôi phát triển hệ thống robot

robotic system to support the rat

hoàn toàn mới để hỗ trợ chú chuột

in any direction of space.

trong bất kỳ hướng nào của không gian.

Imagine, this is really cool.

Bạn có tin không, điều này thực sự tuyệt vời.

So imagine the little 200-gram rat

Hãy tưởng tượng một chú chuột nhỏ nặng 200 gam

attached at the extremity of this 200-kilo robot,

được cài một con robot nặng 200 kilo,

but the rat does not feel the robot.

nhưng chú chuột không nhận thấy sự hiện diện của con robot.

The robot is transparent,

Con robot vô hình,

just like you would hold a young child

cũng giống như bạn sẽ giữ một đứa trẻ

during the first insecure steps.

trong những bước đi đầu chập chững.

Let me summarize: The rat received

Hãy để tôi tóm tắt lại: con chuột nhận được

a paralyzing lesion of the spinal cord.

tổn thương ở cột sống gây liệt.

The electrochemical neuroprosthesis enabled

Thần kinh điện hóa nhân tạo kích hoạt

a highly functional state of the spinal locomotor networks.

mạng lưới vận động tủy đi vào trạng thái hoạt động cao.

The robot provided the safe environment

Con robot tạo ra một môi trường an toàn

to allow the rat to attempt anything

cho phép con chuột cố gắng làm mọi thứ

to engage the paralyzed legs.

để khởi động đôi chân bị liệt của nó.

And for motivation, we used what I think

Để tạo động lực cho chú chuột này, chúng tôi đã sử dụng

is the most powerful pharmacology of Switzerland:

dược học mạnh nhất của đất nước Thụy Sĩ:

fine Swiss chocolate.

sô cô la Thụy sĩ hảo hạn.

(Laughter)

(Tiếng cười)

Actually, the first results were very, very,

Trên thực tế, kết quả đầu tiên đã làm tôi rất, rất,

very disappointing.

rất thất vọng.

Here is my best physical therapist

Vật lý trị liệu tốt nhất của tôi

completely failing to encourage the rat

hoàn toàn thất bại khi khuyến khích con chuột

to take a single step,

thử bước một bước,

whereas the same rat, five minutes earlier,

trong khi đó cũng con chuột đó, 5 phút trước,

walked beautifully on the treadmill.

đi rất tốt trên máy chạy bộ.

We were so frustrated.

Chúng tôi cảm thấy rất tức giận.

But you know, one of the most essential qualities

Nhưng bạn biết không, một trong những phẩm chất quan trọng nhất

of a scientist is perseverance.

của một nhà khoa học là tính kiên trì.

We insisted. We refined our paradigm,

Chúng tôi muốn nhấn mạnh. Chúng tôi đã cải tiến giả thuyết của chúng tôi,

and after several months of training,

và sau vài tháng huấn luyện,

the otherwise paralyzed rat could stand,

chú chuột bị liệt khác đã có thể đứng dậy,

and whenever she decided,

bất cứ khi nào nó muốn,

initiated full weight-bearing locomotion

bắt đầu chuyển động trên sức nặng toàn thân

to sprint towards the rewards.

để chạy nước rút về phía phần thưởng.

This is the first recovery ever observed

Đây là sự phục hồi đầu tiên

of voluntary leg movement

của chuyển động chân tự giác được ghi nhận

after an experimental lesion of the spinal cord

sau khi nhận một tổn thương thí nghiệm ở cột sống

leading to complete and permanent paralysis.

dẫn đến liệt hoàn toàn và vĩnh viễn.

In fact --

Trong thực tế --

(Applause)

(Vỗ tay)

Thank you.

Cảm ơn các bạn.

In fact, not only could the rat initiate

Trong thực tế, chú chuột không chỉ khởi động

and sustain locomotion on the ground,

và duy trì sự vận động trên mặt đất,

they could even adjust leg movement,

chúng thậm chí có thể điều chỉnh sự chuyển động của chân,

for example, to resist gravity

ví dụ, chống lại trọng lực

in order to climb a staircase.

để leo lên cầu thang.

I can promise you this was

Tôi có thể cam đoan với các bạn rằng điều này

such an emotional moment in my laboratory.

khiến chúng tôi rất xúc động.

It took us 10 years of hard work

Chúng tôi đã mất 10 năm làm việc cật lực

to reach this goal.

để đạt được mục tiêu này.

But the remaining question was, how?

Nhưng câu hỏi còn lại, như thế nào nhỉ?

I mean, how is it possible?

ý tôi là, làm thế nào mà nó có thể làm được như vậy?

And here, what we found

Và ở đây, là những gì chúng tôi tìm thấy

was completely unexpected.

điều đó hoàn toàn bất ngờ.

This novel training paradigm

Mô hình tập luyện mới lạ này

encouraged the brain to create new connections,

đã kích thích não tạo những kết nối mới,

some relay circuits

một số vòng mạch truyền tín hiệu

that relay information from the brain

chuyển thông tin từ não

past the injury and restore cortical control

đi qua chấn thương và khôi phục kiểm soát của vỏ não

over the locomotor networks below the injury.

qua mạng lưới vận động dưới những chấn thương.

And here, you can see one such example,

Và ở đây, bạn có thể thấy một ví dụ,

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

chúng tôi đánh dấu các sợi đến từ não bộ bằng màu đỏ.

This blue neuron is connected with the locomotor center,

Tế bào thần kinh màu xanh này được kết nối với trung tâm vận động,

and what this constellation

và tập hợp những

of synaptic contacts means

điểm tiếp nối synap có ý nghĩa rằng

is that the brain is reconnected with the locomotor center

bộ não đã tái kết nối với trung tâm vận động

with only one relay neuron.

với chỉ một tế bào thần kinh chuyển tiếp.

But the remodeling was not restricted

Nhưng việc tái cấu trúc không giới hạn

to the lesion area.

vùng tổn thương.

It occurred throughout the central nervous system,

Nó xuất hiện trong suốt hệ thần kinh trung ương

including in the brain stem,

bao gồm trong thân não,

where we observed up to 300-percent increase

nơi mà chúng tôi nhận thấy mật độ sợi thần kinh

in the density of fibers coming from the brain.

từ não tăng đến 300%.

We did not aim to repair the spinal cord,

Chúng tôi đã không có ý định sửa chữa tủy sống,

yet we were able to promote

nhưng chúng tôi đã có thể để thúc đẩy

one of the more extensive remodeling

mở rộng tái cấu trúc của

of axonal projections ever observed

axonal projections mà chưa từng được ghi nhận trước đó

in the central nervous system of adult mammal

trong hệ thống thần kinh trung ương của động vật trưởng thành có vú

after an injury.

sau một chấn thương.

And there is a very important message

Và đó là một thông điệp rất quan trọng

hidden behind this discovery.

ẩn đằng sau khám phá này.

They are the result of a young team

Đó là kết quả của một đội ngũ trẻ

of very talented people:

của những người rất tài năng:

physical therapists, neurobiologists, neurosurgeons,

vật lý trị liệu, sinh học thần kinh, phẫu thuật thần kinh,

engineers of all kinds,

các kỹ sư nhiều ngành,

who have achieved together

những người đã cùng nhau đạt được

what would have been impossible by single individuals.

điều mà đối với từng cá nhân là không thể.

This is truly a trans-disciplinary team.

Đây thực sự là một đội ngũ liên ngành.

They are working so close to each other

Làm việc cùng nhau như thế này

that there is horizontal transfer of DNA.

có thể ví như là quá trình chuyển DNA theo chiều ngang

We are creating the next generation

Chúng tôi đang đào tạo thế hệ tiếp theo

of M.D.'s and engineers

những M.D. và kỹ sư

capable of translating discoveries all the way

có khả năng chuyển đổi những khám phá

from bench to bedside.

từ lý thuyết căn bản đến những liệu pháp trị liệu thực tiễn.

And me?

Và tôi?

I am only the maestro who orchestrated this beautiful symphony.

Tôi chỉ là nhạc trưởng, người chỉ huy bài giao hưởng tuyệt vời này.

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

Bây giờ, tôi chắc chắn bạn đang tự hỏi,

will this help injured people?

cái này sẽ có ích đối với những người bị thương?

Me too, every day.

Tôi cũng vậy, mỗi ngày.

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

Sự thật rằng chúng tôi vẫn chưa biết đầy đủ thông tin.

This is certainly not a cure for spinal cord injury,

Đây chưa phải là cách chữa trị cho tổn thương cột sống,

but I begin to believe that this may lead

nhưng tôi bắt đầu tin rằng điều này có thể dẫn tới

to an intervention to improve recovery

một biện pháp can thiệp để cải thiện quá trình phục hồi

and people's quality of life.

và chất lượng cuộc sống.

I would like you all

Tôi muốn tất cả các bạn

to take a moment and dream with me.

dành ra một phút để tưởng tượng cùng với tôi.

Imagine a person just suffered a spinal cord injury.

Hãy tưởng tượng một người bị chấn thương cột sống.

After a few weeks of recovery,

Sau một vài tuần của quá trình phục hồi,

we will implant a programmable pump

chúng ta sẽ cấy ghép một máy bơm được lập trình sẵn

to deliver a personalized pharmacological cocktail

để cung cấp một hỗn hợp dược lý được cá nhân hoá

directly to the spinal cord.

trực tiếp đến tủy sống.

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

Cùng lúc đó, chúng tôi sẽ cấy ghép một loạt các điện cực,

a sort of second skin

đại khái như một lớp da thứ hai

covering the area of the spinal cord controlling leg movement,

bao phủ vùng tủy điều khiển chuyển động chân,

and this array is attached to an electrical pulse generator

và những điện cực gắn với một máy phát xung điện

that delivers stimulations that are tailored

cung cấp những kích thích được thiết kế riêng

to the person's needs.

với nhu cầu của từng người.

This defines a personalized electrochemical neuroprosthesis

Nó chính là một dây thần kinh nhân tạo từ điện hóa được cá nhân hóa

that will enable locomotion

sẽ cho phép vận động

during training with a newly designed supporting system.

trong thời gian tập luyện với một hệ thống hỗ trợ được thiết kế mới.

And my hope is that after several months of training,

Và hy vọng của tôi là sau vài tháng tập luyện,

there may be enough remodeling of residual connection

phần còn lại của các điểm kết nối được tái cấu trúc

to allow locomotion without the robot,

cho phép thực hiện các vận động mà không cần robot,

maybe even without pharmacology or stimulation.

có lẽ thậm chí không cần dược học hoặc kích thích.

My hope here is to be able to create

Hy vọng của tôi ở đây là có thể tạo ra

the personalized condition

các điều kiện được cá nhân hóa

to boost the plasticity of the brain

để tăng độ đàn hồi của não

and the spinal cord.

và tủy sống.

And this is a radically new concept

Và đây là một khái niệm hoàn toàn mới

that may apply to other neurological disorders,

có thể áp dụng cho các rối loạn thần kinh khác,

what I termed "personalized neuroprosthetics,"

tôi gọi là "thần kinh nhân tạo được cá nhân hoá,"

where by sensing and stimulating neural interfaces,

bằng cách cảm nhận và kích thích những tương tác thần kinh,

I implanted throughout the nervous system,

tôi cấy ghép khắp hệ thần kinh,

in the brain, in the spinal cord,

trong não, trong tủy sống,

even in peripheral nerves,

ngay cả trong thần kinh ngoại vi,

based on patient-specific impairments.

dựa trên những hư tổn đặc trưng của từng bệnh nhân

But not to replace the lost function, no --

Nhưng không phải là để thay thế phần mất chức năng, không--

to help the brain help itself.

để giúp não giúp chính nó.

And I hope this enticed your imagination,

Và tôi hy vọng điều này thuyết phục trí tưởng tượng của các bạn,

because I can promise to you

bởi vì tôi có thể hứa với bạn

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

vấn đề không phải ở chỗ cuộc cách mạng này sẽ xảy ra hay không,

but when.

mà là xảy ra khi nào.

And remember, we are only as great

Và hãy nhớ rằng, chúng ta trở nên tuyệt vời bởi những gì

as our imagination, as big as our dream.

chúng ta tưởng tượng, và vĩ đại bời chính ước mơ của chúng ta.

Thank you.

Cảm ơn các bạn.

(Applause)

(Vỗ tay)