Ik ben neurowetenschapper,
op het gebied van zowel natuur- als geneeskunde.
Mijn laboratorium in het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie
specialiseert zich in dwarslaesie.
Dit treft wereldwijd jaarlijks
meer dan 50.000 mensen,
met dramatische consequenties voor de getroffenen,
wier leven in luttele seconden
letterlijk wordt verbrijzeld.
Christopher Reeve, de 'man van staal',
is er het best in geslaagd
om de aandacht te vestigen
op het leed van deze groep mensen.
Dat leidde tot mijn persoonlijke reis
binnen dit onderzoeksveld,
in samenwerking met de 'Christopher en Dana Reeve Stichting'.
Ik kan me het beslissende moment nog goed herinneren.
Het was aan het einde van een gewone werkdag bij de stichting.
Chris richtte zich tot ons wetenschappers en experts:
'Jullie moeten pragmatischer zijn.
Ik wil dat je morgen, na je werk op het laboratorium,
bij het revalidatiecentrum langsgaat.
Observeer de patiënten
die vechten voor iedere stap,
worstelend om zich staande te houden.
En als je naar huis gaat,
bedenk dan wat je de volgende dag in je onderzoek
gaat veranderen om hun leven te verbeteren.'
Deze woorden bleven me bij.
Dat was meer dan 10 jaar geleden,
maar sinds die tijd houdt mijn laboratorium zich aan
de pragmatische aanpak van het
herstelproces na een dwarslaesie.
Mijn eerste stap in die richting
was de ontwikkeling van een nieuw dwarslaesie-model,
met een verbeterde imitatie van de hoofdkenmerken van een verwonding,
onder goed-gecontroleerde experimentele omstandigheden.
Daartoe plaatsten we 2 hemisecties
aan weerskanten van het lichaam.
Daardoor wordt de communicatie tussen hersens
en ruggenmerg volledig verbroken,
zodat er een volledige en permanente verlamming
van het been optreedt.
Maar observatie wees uit, dat in de meeste letselgevallen
een deel van het zenuwweefsel intact blijft
en daardoor mogelijkheid tot herstel.
Maar hoe bereik je dat?
De gebruikelijke aanpak
bestaat uit een behandeling
die de aangroei van het beschadigde weefsel
aan het oorspronkelijke onderdeel bevordert.
Hoewel dit zeker de sleutel tot herstel moest blijven,
leek het me toch uiterst gecompliceerd.
Het was duidelijk dat ik,
om snel klinisch resultaat te bereiken,
het probleem anders zou moeten benaderen.
Het bleek dat meer dan 100 jaar aan onderzoek
naar de fysiologie van dwarslaesie
- vanaf Nobelprijswinnaar Sherrington -
had uitgewezen dat het ruggenmerg
voldoende neuraal netwerk bevat
om de voortbeweging te coördineren.
Als de informatie uit de hersens echter wordt onderbroken,
is dat netwerk niet meer functioneel, staat in de slaapstand.
Mijn idee: we maken dit netwerk wakker.
In die tijd deed ik een postdoctorale opleiding in Los Angeles,
na het behalen van mijn doctoraal in Frankrijk,
waar onafhankelijk denken
niet bepaald wordt aangemoedigd.
(Gelach)
Ik zag ertegenop om mijn nieuwe baas aan te spreken,
maar besloot mijn moed bij elkaar te rapen.
Ik klopte aan bij mijn fantastische begeleider, Reggie Edgerton,
om mijn nieuwe idee voor te leggen.
Hij luisterde aandachtig
en reageerde met een grijns.
'Waarom probeer je het niet?'
Ik kan jullie verzekeren
dat dit een heel belangrijk moment in mijn carrière was.
Ik besefte dat de grote man aan de top
openstond voor jonge mensen en nieuwe ideeën.
Dit was mijn idee:
- ik zal een eenvoudige metafoor gebruiken
om dit gecompliceerde concept uit te leggen -
stel je voor dat het bewegingsapparaat een auto is.
De motor is het ruggenmerg.
De transmissie wordt onderbroken, de motor slaat af.
Hoe krijgen we de motor weer aan de gang?
Eerst moeten we brandstof toedienen.
Ten tweede het gaspedaal indrukken.
Ten derde de auto besturen.
Tijdens de beweging wordt die rol vervuld door al bekende zenuwbanen
die komen vanuit de hersens.
Mijn idee: vervang de ontbrekende toevoer naar het ruggenmerg door
iets wat de hersens van nature zouden leveren, om toch te kunnen lopen.
Ik maakte daarvoor gebruik van 20 jaar neurowetenschappelijk onderzoek.
Eerst om de ontbrekende brandstof te vervangen door farmacologische middelen,
die de neuronen in het ruggenmerg aanzetten tot ontbranding.
Ten tweede om met elektrische stimulatie het gaspedaal na te bootsen.
Denk aan een elektrode die wordt geïmplanteerd
aan de achterkant van het ruggenmerg
voor de aanvoer van pijnloze stimulatie.
Het duurde jaren, maar uiteindelijk ontwikkelden we een elektrochemische neuroprothese,
die het neurale netwerk in het ruggenmerg omzette van slapend in zeer functioneel.
De verlamde rat gaat ogenblikkelijk staan.
Zodra de loopband start,
zie je een gecoördineerde beenbeweging bij het dier,
maar niet vanuit de hersens.
Dit is de cognitieve verwerking van sensorische informatie, door het 'ruggenmergbrein'.
Het begint in het bewegende been en bepaalt hoe de spier geactiveerd wordt,
om te kunnen staan, lopen, rennen
en zelfs, zoals hier, vanuit sprint
ogenblikkelijk stil te staan
als de loopband wordt stilgezet.
Dit was niet te geloven.
Ik was totaal gefascineerd door de beweging die zonder de hersens tot stand kwam,
maar tegelijkertijd zo gefrustreerd.
De beweging was geheel onvrijwillig.
Het dier had vrijwel geen controle over zijn benen.
Het was duidelijk dat het besturingssysteem ontbrak.
Toen werd me duidelijk
dat we af moesten
van het gebruikelijke revalidatiemethode:
het lopen op een band.
We moesten condities ontwikkelen om
de hersens een begin van vrije controle over het been te geven.
Met het oog hierop ontwikkelden we een totaal nieuw robotsysteem,
om de rat in alle gewenste richtingen te ondersteunen.
Stel je eens voor hoe cool dat is.
Beeld je in dat het ratje van 200 gram
verbonden is met de 200 kilo zware robot,
maar de robot niet voelt.
De robot is transparant
en ondersteunt hem alsof hij een jong kind is,
dat zijn eerste onzekere stappen zet.
Samenvattend: bij de rat werd een dwarslaesie veroorzaakt.
De elektrochemische neuroprothese bracht
de netwerken van de wervelkolom in een hoog-functionele staat.
De robot bood de veilige omgeving
waarbinnen de rat alles kon proberen
om de verlamde benen tot actie aan te zetten.
Als motivatie gebruikten we het naar mijn idee
krachtigste Zwitserse medicijn:
fijne Zwitserse chocolade.
(Gelach)
Helaas waren de eerste resultaten zeer teleurstellend.
Hier zie je mijn beste fysiotherapeut,
die er niet in slaagt om de rat zelfs maar
een enkele stap te laten doen.
Terwijl diezelfde rat, 5 minuten daarvoor,
prachtig liep op de loopband.
We waren zo gefrustreerd.
Maar een van de meest essentiële kwaliteiten
van een wetenschapper is vasthoudendheid.
We gaven niet op. We verfijnden onze methode
en na een training van enkele maanden
kon de verlamde rat staan.
Op de momenten dat zij het wilde,
kon ze haar volle gewicht dragen
en een spurt maken naar de beloning.
Voor het eerst werd herstel van de vrije loopfunctie geobserveerd
na het experimenteel veroorzaken
van een complete, permanente dwarslaesie.
Bovendien...
(Applaus)
Bedankt.
Bovendien had de rat meer mogelijkheden
dan voortbeweging op de grond.
De beenbeweging kon worden aangepast,
bijvoorbeeld om de zwaartekracht te trotseren
bij het beklimmen van een trap.
Geloof me, dit was voor mijn laboratorium een zeer emotioneel moment.
We hebben er 10 jaar hard voor moeten werken
om dit doel te bereiken.
Maar de vraag bleef, hoe?
Ik bedoel, hoe was dit mogelijk?
We ontdekten hier iets volkomen onverwachts.
De hersens werden door deze nieuwe trainingsmethode
gestimuleerd om nieuwe verbindingen te maken -
een aantal geschakelde circuits
die informatie van het brein om het letsel heenleiden
en de corticale controle herstellen van dat deel van het
motorisch netwerk dat lager ligt dan het letsel.
Hier zie je zo'n voorbeeld, waar de vezels
die vanuit het brein komen rood zijn gekleurd.
Het blauwe neuron is verbonden met het motorisch centrum.
Door deze constellatie van synaptische verbindingen
maken de hersens weer contact met het motorisch centrum,
met behulp van slechts een schakelneuron.
De reconstructie beperkte zich echter niet tot het gebied van de dwarslaesie.
Het openbaarde zich in het hele centrale zenuwstelsel,
inclusief de hersenstam.
Daar zagen we tot wel 300% toename
van de vezeldichtheid vanuit de hersens.
Herstel van het ruggenmerg was niet ons doel.
Toch kwam het tot een van de meest uitgebreide herzieningen van axonale projecties,
die ooit in het door letsel aangetaste zenuwstelsel
van een volwassen zoogdier bestudeerd zijn.
De boodschap achter deze ontdekking is zeer belangrijk.
Het is het resultaat van een jong team
van uiterst getalenteerde mensen:
fysiotherapeuten, neurobiologen, neurochirurgen
en verschillende ingenieurs.
Zij bereikten samen waar zij alleen
nooit toe in staat zouden zijn geweest.
Het is een echt transdisciplinair team.
Ze werken zo nauw samen
dat er een horizontale overdracht van DNA ontstaat.
We creëren de volgende generatie
artsen en ingenieurs,
die uitvindingen kunnen vertalen
van de theorie naar de praktijk.
En ik?
Ik ben slechts de orkestrator van deze prachtige symfonie.
Nu willen jullie natuurlijk allemaal weten of
gehandicapte mensen hiermee geholpen zijn.
Ik vraag het me ook iedere dag weer af.
Helaas weten we er nog niet genoeg over.
Het is zeker geen geneesmiddel voor dwarslaesie,
maar ik begin te geloven dat dit misschien
de weg is naar een behandeling die het herstel
en de levenskwaliteit van mensen verbetert.
Ik wil jullie vragen om een moment
met me mee te dromen.
Stel je een patiënt voor die onlangs een dwarslaesie opliep.
Een paar weken later
implanteren we een programmeerbare pomp,
die een persoonsgebonden farmacologische cocktail
direct in het ruggenmerg spuit.
Tegelijkertijd implanteren we een reeks elektrodes.
Een soort tweede huid
voor het ruggenmerggebied dat de beenbeweging aanstuurt.
Die elektrodes zijn verbonden met een elektrische pulsgever,
die stimulaties geeft die zijn aangepast aan
de persoonlijke behoeftes.
Dit is de omschrijving van een gepersonaliseerde elektrochemische neuroprothese,
die beweging tijdens de training met een
nieuw model ondersteuningssysteem mogelijk maakt.
Ik hoop dat er na enkele maanden van training
genoeg resterende verbindingen zijn omgevormd,
om te kunnen bewegen zonder hulp van een robot.
Misschien zelfs zonder hulp van farmacologie of stimulatie.
Ik hoop dat we in staat zijn
om de gepersonaliseerde condities te scheppen,
waaronder de plasticiteit van de hersens
en het ruggenmerg een stimulans krijgt.
Dit is een vergaand vernieuwend concept,
dat misschien ook bij andere neurologische stoornissen kan worden toegepast.
Wat ik noem de 'gepersonaliseerde neuroprotheses',
die neurologische verbindingen stimuleren,
door implantaties in het hele zenuwstelsel,
de hersens, het ruggenmerg,
zelfs in de perifere zenuwen,
gebaseerd op patiënt-specifieke beperkingen.
Maar niet als vervanging van de verloren functie.
Nee, om de hersens zichzelf te laten helpen.
Ik hoop dat jullie verbeelding geprikkeld is,
want ik kan je verzekeren
dat de vraag niet is, òf deze revolutie er komt,
maar wanneer.
Bedenk wel, we zijn slechts zo groots
als onze verbeelding en zo groot als onze droom.
Bedankt.
(Applaus)