Ja sam neurolog
sa mešanim obrazovanjem iz fizike i medicine.
Moja laboratorija na Švajcarskom federalnom institutu tehnologije
fokusirana je na oštećenja kičmene moždine,
koja pogađaju više od 50 000 ljudi
širom sveta svake godine,
sa dramatičnim posledicama na pogođene pojedince,
čiji se životi bukvalno ruše
u roku od svega nekoliko sekundi.
A za mene, Čelični čovek,
Kristofer Riv,
najbolje je podigao svest
o neprijatnostima ljudi sa povredom kičmene moždine.
A ovako sam započeo svoje sopstveno lično putovanje
u ovom polju istraživanja,
radeći sa Fondacijom Kristofera i Dane Riv.
Još uvek se sećam ovog presudnog trenutka.
Bio je to samo kraj uobičajenog dana na poslu sa fondacijom.
Kris se obratio nama, naučnicima i ekspertima:
"Morate biti pragmatičniji.
Kada budete napuštali svoju laboratoriju sutra,
želim da svratite do rehabilitacionog centra
da posmatrate povređene ljude
kako se bore da zakorače,
naprežući se da podrže svoj trup.
A kada odete kući,
mislite o onome što ćete promeniti u svojem istraživanju
narednog dana kako biste učinili njihove živote boljim."
Ove reči prilepile su se za mene.
Ovo je bilo pre više od 10 godina,
ali od tada, moja laboratorija je sledila
pragmatični pristup ozdravljenju
nakon povrede kičmene moždine.
I moj prvi korak u ovom pravcu
bio je razviti novi model oštećenja kičmene moždine
koji će približnije oponašati neke od ključnih svojstava ljudske povrede
dok će istovremeno pružati dobro kontrolisane eksperimentalne uslove.
I u ovu svrhu, postavili smo dve hemisekcije
na različitim stranama tela.
One su potpuno prekinule komunikaciju
između mozga i kičmene moždine,
time dovevši do potpune i trajne paralize noge.
Ali, kako je primećeno, nakon većine povreda kod ljudi,
postoji intervenišući međuprostor netaknutog nervnog tkiva
preko kojeg se može dogoditi oporavak.
Ali kako učiniti da se to dogodi?
Pa, klasični pristup
se sastoji u primeni intervencija
koje bi podstakle rast prekinutih vlakana
ka prvobitnom cilju.
I mada je ovo zasigurno ostalo ključno za ozdravljenje,
meni se to činilo kao izuzetno komplikovano.
Da bismo brzo postigli kliničku primenu,
bilo je očigledno:
morao sam da razmišljam drugačije o problemu.
Ispostavilo se da je više od 100 godina istraživanja
fiziologije kičmene moždine,
počevši od Nobelovca Šeringtona,
pokazalo da
kičmena moždina, ispod većine oštećenja,
sadrži sve neophodne i dovoljne mreže neurona
da bi koordinisala kretanje,
ali pošto su ulazni podaci iz mozga prekinuti,
oni su u nefunkcionišućem stanju, kao vrsta uspavanosti.
Moja ideja: probudimo ovu mrežu.
U to vreme, bio sam postdoktorant u Los Anđelesu,
nakon što sam završio svoje doktorske studije u Francuskoj,
gde samostalno razmišljanje
nije nužno podsticano.
(Smeh)
Plašio sam se da pričam sa svojim novim šefom,
ali sam rešio da prikupim hrabrost.
Pokucao sam na vrata mog divnog savetnika,
Redžija Edgertona, kako bih podelio svoju novu ideju.
Slušao me je pažljivo,
i odgovorio sa smeškom.
"Zašto ne pokušaš?"
I kunem vam se,
ovo je bio tako značajan momenat u mojoj karijeri,
kada sam shvatio da je veliki vođa
verovao u mlade ljude i nove ideje.
A ovo je bila ideja:
koristiću pojednostavljenu metaforu
da bih vam objasnio ovaj komplikovani koncept.
Zamislite da je sistem za kretanje automobil.
Motor je kičmena moždina.
Prenos je prekinut. Motor je isključen.
Kako bismo mogli da reaktiviramo motor?
Prvo, moramo obezbediti gorivo,
drugo, pritisnuti pedalu za gas,
treće, upravljati autom.
Ispostavilo se da postoje poznati nervni putevi
koji dolaze iz mozga i igraju baš ovu funkciju
za vreme kretanja.
Moja ideja - zameniti ove nedostajuće ulazne informacije
da bismo kičmenoj moždini pružili
onu vrstu intervencije
koju bi mozak prirodno izveo u cilju hodanja.
Radi ovoga, upotrebio sam 20 godina ranijih istraživanja u neurologiji,
najpre da bih zamenio nedostajuće gorivo
farmakološkim supstancama
koje pripremaju neurone u kičmenoj moždini da se upale,
a zatim, da bih podražavao pedalu za gas
električnom stimulacijom.
Dakle ovde zamislite elektrodu
ugrađenu na zadnjem delu kičmene moždine
radi dobijanja bezbolne stimulacije.
Bilo je potrebno mnogo godina, ali najzad smo razvili
elektrohemijsku neuroprotezu
koja je transformisala neuralnu mrežu
u kičmenoj moždini od uspavanog do visoko funkcionalnog stanja.
Istog trenutka, paralisani pacov može da stoji.
Čim pokretna traka počne da se pomera,
životinja pokazuje koordinisane pokrete nogu,
ali bez mozga.
Evo kako ono što ja nazivam "kičmenim mozgom"
kognitivno procesuira senzorne informacije
koje nastaju iz noge u pokretu
i donosi odluke kao što je kako aktivirati mišić
da bi se stajalo, hodalo, trčalo
i čak i ovde, za vreme brzog trčanja,
momentalno staje
ako traka prestaje da se kreće.
Ovo je bilo neverovatno.
Bio sam potpuno fasciniran kretanjem
bez mozga,
ali istovremeno i toliko frustriran.
Ovo kretanje je bilo potpuno nevoljno.
Životinja praktično nije imala kontrolu nad svojim nogama.
Očigledno, sistem za upravljanje je nedostajao.
I tada mi je postalo očigledno
da moramo da se udaljimo
od klasične rehabilitacione paradigme,
koračanja na pokretnoj traci,
i razviti uslove koji će podstaći
mozak da započne voljnu kontrolu nad nogama.
Sa ovim na umu, razvili smo potpuno novi
robotički sistem radi podupiranja pacova
u bilo kom pravcu u prostoru.
Zamislite, ovo je stvarno kul.
Dakle zamislite malog pacova od 200 grama
privezanog za ekstremitet ovog robota od 200 kila,
ali pacov nije svestan robota.
Robot je transparentan,
isto kao kada biste pridržavali malo dete
za vreme prvih nesigurnih koraka.
Hajde da rezimiram: pacov je zadobio
paralizujuću leziju kičmene moždine.
Elektrohemijska neuroproteza je omogućila
visoko funkcionalno stanje mreža za kretanje u kičmi.
Robot je obezbedio bezbednu sredinu
kako bi omogućio pacovu da pokuša bilo šta
da bi aktivirao paralizovane noge.
A što se tiče motivacije, koristili smo nešto za šta ja smatram
da je najsnažnija farmakologija u Švajcarskoj:
fina švajcarska čokolada.
(Smeh)
Zapravo, prvi rezultati su bili veoma, veoma,
veoma razočaravajući.
Evo mog najboljeg fizikalnog terapeuta
koji postiže potpuni neuspeh u podsticanju pacova
da pruži jedan korak,
dok je isti pacov, pet minuta ranije,
lepo hodao na pokretnoj traci.
Bili smo tako frustrirani.
Ali znate, jedan od najosnovnijih kvaliteta
naučnika je istrajnost.
Insistirali smo. Preradili smo našu paradigmu,
i nakon nekoliko meseci treniranja,
inače paralisani pacov mogao je da stoji,
i kada god bi to odlučio,
inicirao bi kretanje celom težinom tela
kako bi pojurio prema nagradi.
Ovo je prvi ikada opserviran oporavak
dobrovoljnog pokretanja nogu
nakon eksperimentalne lezije kičmene moždine
koja je dovela do potpune i trajne paralize.
U stvari -
(Aplauz)
Hvala vam.
U stvari, ne samo da je pacov mogao da inicira
i održi kretanje na zemlji,
mogao je čak i da prilagodi pokrete nogu,
na primer, da bi pružio otpor gravitaciji
kako bi se popeo uz stepenice.
Mogu vam se zakleti da je ovo bio
tako emotivan trenutak u mojoj laboratoriji.
Bilo nam je potrebno 10 godina teškog rada
da bismo postigli ovaj cilj.
Ali ostalo je pitanje, kako?
Mislim, kako je to moguće?
A evo, ono što smo otkrili
bilo je potpuno neočekivano.
Ova novouvedena paradigma treniranja
podstakla je mozak da stvori nove veze,
nekakva prenosna kola
koja prenose informacije iz mozga
mimo povrede i obnavljaju kortikalnu kontrolu
nad mrežama za kretanje ispod povrede.
A ovde, možete videti jedan takav primer,
gde vlakna koja dolaze iz mozga označavamo crvenom.
Ovaj plavi neuron je povezan sa centrom za kretanje,
i ono što ova grupa
sinaptičkih veza označava
je to da je mozak iznova povezan sa centrom za kretanje
samo jednim prenosnim neuronom.
Ali preobražaj nije bio ograničen
na oblast lezije.
Dogodio se kroz čitav centralni nervni sistem,
uključujući moždano stablo,
gde smo uočili i do 300 procenata porasta
gustine vlakana koji dolaze iz mozga.
Nismo imali za cilj da popravimo kičmenu moždinu,
ali smo mogli da pokrenemo
jedan od znatnijih preobražaja
aksonskih projekcija ikada zapaženih
u centralnom nervnom sistemu odraslog sisara
nakon oštećenja.
Postoji veoma značajna poruka
koja se krije iza ovog otkrića.
Ovo su rezultati mladog tima
veoma talentovanih ljudi:
fizikalnih teraputa, neurobiologa, neurohirurga,
inženjera svih vrsta,
koji su zajedno postigli
ono što bi bilo nemoguće da urade kao pojedinci.
Ovo je zaista transdisciplinarni tim.
Oni rade toliko prisno međusobno
da postoji horizontalni transfer DNK.
Mi stvaramo sledeću generaciju
doktora medicine i inženjera
koji su u stanju da prenesu otkrića skroz
od laboratorije do bolničkog kreveta.
A ja?
Ja sam samo maestro koji je orkestrirao ovu divnu simfoniju.
A sad, siguran sam da se svi pitate, zar ne,
da li će ovo pomoći povređenim ljudima?
I ja se pitam, svakoga dana.
Istina je da još uvek ne znamo dovoljno.
Ovo svakako nije lek za povredu kičmene moždine,
ali počinjem da verujem da može dovesti
do intervencije za unapređivanje oporavka
i kvaliteta života ljudi.
Hteo bih da svi vi
odvojite momenat i maštate sa mnom.
Zamislite osobu koja je upravo pretrpela povredu kičmene moždine.
Nakon nekoliko nedelja oporavka,
ugradićemo pumpu koja se može programirati
kako bismo dopremili individualizovani farmakološki koktel
direktno do kičmene moždine.
Istovremeno, ugradićemo niz elektroda,
slično drugoj koži
koja će pokrivati područje kičmene moždine kontrolišući pokrete nogu,
i ovaj niz je povezan sa električnim generatorom pulsa
koji donosi senzacije prilagođene
potrebama osobe.
Ovo definiše individualizovanu elektrohemijsku protezu
koja će omogućiti kretanje
za vreme treninga novodizajniranim sistemom podrške.
I moja nada je da će nakon nekoliko meseci treninga,
možda biti dovoljno preoblikovanja preostalih veza
da bi se omogućilo kretanje bez robota,
možda čak i bez farmakologije ili stimulacije.
Moja nada je da ćemo biti u stanju da kreiramo
individualizovano stanje
kako bismo pojačali plastičnost mozga
i kičmene moždine.
Ovo je radikalno novi koncept
koji se može primeniti na druge neurološke poremećaje,
ono što sam nazvao "individualizovana neuroproteza",
pomoću čula i stimulacije nervnih međuveza,
usadio sam kroz čitav nervni sistem,
u mozak, u kičmenu moždinu,
čak i u periferne nerve,
bazirano na oštećenju specifičnom za pacijenta.
Ali ne da bih zamenio izgubljenu funkciju, ne -
da bih pomogao mozgu da pomogne sam sebi.
I nadam se da je ovo zaintrigiralo vašu maštu,
jer vam mogu obećati
da nije pitanje da li će se ova revolucija dogoditi,
već kada.
I zapamtite, mi smo veliki samo onoliko
koliko i naša mašta, onoliko veliki kao naš san.
Hvala vam.
(Aplauz)