Tôi là nhà khoa học thần kinh
với vốn kiến thức cơ bản về vật lý và y học.
Phòng thí nghiệm của tôi ở viện kỹ thuật liên bang Thụy Sĩ
tập trung vào những tổn thương tủy sống,
ảnh hưởng tới hơn 50, 000 người
trên toàn thế giới mỗi năm,
gây ra hậu quả nghiêm trọng đối với những người bị ảnh hưởng
cuộc sống của họ bị đảo lộn
chỉ trong tích tắc.
Đối với tôi, người đàn ông thép,
Christopher Reeve,
tôi đã nâng cao nhận thức về
nỗi đau khổ của những người bị tổn thương tủy sống.
Đó là lý do tôi bắt đầu cuộc hành trình của riêng mình
trong lĩnh vực nghiên cứu này,
làm việc với tổ chức của Christopher và Dana Reeve.
Tôi vẫn còn nhớ thời điểm quyết định.
Đó là lúc kết thúc một ngày làm việc bình thường
ở tổ chức này.
Chris đã ngỏ ý với chúng tôi, các nhà khoa học và các chuyên gia,
"Các bạn phải thực tế hơn nữa.
Ngày mai, khi các bạn bước chân ra khỏi phòng thí nghiệm,
tôi muốn các bạn đến trung tâm phục hồi chức năng
chứng kiến những người bị tổn thương
đang phải đấu tranh đấu để đi được từng bước,
đấu tranh để giữ cơ thể họ đứng vững.
Và khi các bạn về nhà,
hãy suy nghĩ về những gì các bạn có thể làm để thay đổi hướng nghiên cứu của mình
để làm cho cuộc sống của họ tốt hơn."
Những lời nói này đọng lại trong tâm trí tôi.
Chuyện này đã xảy ra hơn 10 năm,
nhưng kể từ đó, phòng thí nghiệm của tôi đã theo đuổi
những hướng đi thực tế cho quá trình phục hồi
sau khi chấn thương cột sống.
Và bước đầu tiên của tôi theo hướng này
là phát triển một mô hình chấn thương cột sống mới
có thể mô phỏng những đặc điểm chính giống như chấn thương tủy ở người
trong khi các điều kiện thí nghiệm được kiểm soát chặt chẽ.
Với mục đích này, chúng tôi đã tạo 2 tổn thương hemisection
hai bên đối diện cơ thể.
Chúng phá hủy hoàn toàn sự liên lạc
giữa não và tủy sống,
do đó dẫn đến chân bị liệt hoàn toàn
và vĩnh viễn.
Tuy nhiên, như quan sát, hầu hết các thương tích ở người,
có khe hở ở giữa các mô thần kinh nguyên vẹn
thông qua đó quá trình khôi phục có thể xảy ra.
Nhưng làm thế nào để biến nó thành hiện thực bây giờ?
Vâng, phương pháp tiếp cận cổ điển
bao gồm biện pháp can thiệp
thúc đẩy sự phát triển của sợi thần kinh bị đứt
trở lại nguyên vẹn ban đầu.
Và trong khi phương pháp này vẫn là mấu chốt cho việc điều trị,
tôi cảm thấy nó vô cùng phức tạp.
Để có thể nhanh chóng đưa ra thực hiện ở lâm sàng,
điều đó quá rõ ràng:
Tôi đã phải suy nghi vấn đề này theo hướng khác.
Hơn 100 năm nghiên cứu
sinh lý học tủy sống,
bắt đầu với giải Nobel của Sherrington,
đã chỉ ra rằng
tủy sống, bên dưới hầu hết các chấn thương,
có tất cả những mạng lưới thần kinh cần thiết
để kết hợp vận động
nhưng phần tiếp nhận từ não bị gián đoạn,
chúng ở tình trạng không hoạt động.
Ý tưởng của tôi: chúng tôi đánh thức mạng lưới này.
Vào thời điểm đó, tôi đang theo chương trình sau tiến sĩ ở Los Angeles,
sau khi hoàn thành bằng tiến sĩ của tôi tại Pháp,
nơi mà tư duy độc lập
không thật sự được khuyến kích.
(Tiếng cười)
Tôi sợ phải nói chuyện với sếp mới của mình,
nhưng tôi đã cố gắng tập trung mọi sự dũng cảm của mình,
Tôi gõ cửa phòng người cố vấn tuyệt vời của tôi,
Reggie Edgerton, để chia sẻ ý tưởng mới của tôi.
Ông đã chăm chú nghe tôi nói,
nhoẻn miệng cười.
"Tại sao bạn không thử?"
Và tôi cam đoan với bạn,
đó là khoảng khắc quan trọng trong sự nghiệp của tôi,
khi tôi nhận ra rằng nhà lãnh đạo tuyệt vời này
đã tin tưởng vào những người trẻ tuổi và những ý tưởng mới.
Và đây là ý tưởng cùa tôi:
Tôi sẽ sử dụng một phép ẩn dụ đơn giản
để giải thích cho các bạn khái niệm phức tạp này.
Hãy tưởng tượng hệ thống vận động là một chiếc xe hơi.
Động cơ là tủy sống.
Việc truyền tải bị gián đoạn. Động cơ bị tắt.
Làm thế nào chúng tôi có thể tái khởi động động cơ?
Trước tiên, chúng tôi phải cung cấp nhiên liệu;
Thứ hai, nhấn chân ga ;
Thứ ba, lái xe.
Chúng ta đã nắm rất rõ những con đường truyền tín hiệu thần kinh
đến từ não bộ đảm nhiệm chức năng này
trong quá trình vận động.
Ý tưởng của tôi: thay thế phần tiếp nhận thông tin bị lỗi
để cột sống nhận được
sự can thiệp mà não có thể
truyền tải tín hiệu tự nhiên để cơ thể có thể bước đi.
Đối với điều này, tôi kế tục công trình nghiên cứu 20 năm của khoa học thần kinh
để, đầu tiên, thay thế nhiên liệu bị thiếu
bằng các tác nhân dược lý
để chuẩn bị các tế bào thần kinh trong tủy sống,
và thứ hai, để mô phỏng bàn đạp tăng tốc
bằng kích thích điện.
Hãy tưởng tượng một điện cực
cấy ghép ở mặt sau của cột sống
cung cấp sự kích thích không gây đau đớn.
Phải mất nhiều năm, nhưng cuối cùng chúng tôi đã phát triển
một thần kinh điện hóa học nhân tạo
dùng để chuyển hóa mạng lưới thần kinh
trong tủy sống từ dạng không hoạt động thành trạng thái hoạt động cao.
Ngay lập tức, con chuột bị liệt có thể đứng dậy.
Ngay sau khi máy tập chạy bắt đầu chuyển động,
con chuột biểu hiện các chuyển động phối hợp của chân,
mà không cần đến não bộ.
Cái đó tôi gọi là "não của cột sống"
xử lý thông thạo những thông tin giác quan
phát sinh từ chuyển động của chân
và kích hoạt các cơ bắp
để đứng, đi, chạy,
và thậm chí ở đây, trong lúc chạy nước rút,
đứng lại ngay lập tức
khi máy chạy bộ dừng chuyển động.
Điều này thật tuyệt vời.
Tôi đã hoàn toàn bị cuốn hút bởi sự chuyển động
không cần đến não này,
nhưng cùng lúc đó tôi rất thất vọng.
Sự chuyển động này hoàn toàn không tự nguyện.
Con chuột hầu như không có quyền kiểm soát đôi chân của nó.
Rõ ràng, hệ thống lái đã bị lỗi.
Và sau đó tôi thấy rõ
chúng tôi đã phải từ bỏ
các mô hình phục hồi chức năng kinh điển,
tập bước trên máy chạy bộ,
và phát triển các điều kiện có thể khuyến khích
não để bắt đầu kiểm soát chân một cách theo ý muốn.
Với điều này trong tâm trí, chúng tôi phát triển hệ thống robot
hoàn toàn mới để hỗ trợ chú chuột
trong bất kỳ hướng nào của không gian.
Bạn có tin không, điều này thực sự tuyệt vời.
Hãy tưởng tượng một chú chuột nhỏ nặng 200 gam
được cài một con robot nặng 200 kilo,
nhưng chú chuột không nhận thấy sự hiện diện của con robot.
Con robot vô hình,
cũng giống như bạn sẽ giữ một đứa trẻ
trong những bước đi đầu chập chững.
Hãy để tôi tóm tắt lại: con chuột nhận được
tổn thương ở cột sống gây liệt.
Thần kinh điện hóa nhân tạo kích hoạt
mạng lưới vận động tủy đi vào trạng thái hoạt động cao.
Con robot tạo ra một môi trường an toàn
cho phép con chuột cố gắng làm mọi thứ
để khởi động đôi chân bị liệt của nó.
Để tạo động lực cho chú chuột này, chúng tôi đã sử dụng
dược học mạnh nhất của đất nước Thụy Sĩ:
sô cô la Thụy sĩ hảo hạn.
(Tiếng cười)
Trên thực tế, kết quả đầu tiên đã làm tôi rất, rất,
rất thất vọng.
Vật lý trị liệu tốt nhất của tôi
hoàn toàn thất bại khi khuyến khích con chuột
thử bước một bước,
trong khi đó cũng con chuột đó, 5 phút trước,
đi rất tốt trên máy chạy bộ.
Chúng tôi cảm thấy rất tức giận.
Nhưng bạn biết không, một trong những phẩm chất quan trọng nhất
của một nhà khoa học là tính kiên trì.
Chúng tôi muốn nhấn mạnh. Chúng tôi đã cải tiến giả thuyết của chúng tôi,
và sau vài tháng huấn luyện,
chú chuột bị liệt khác đã có thể đứng dậy,
bất cứ khi nào nó muốn,
bắt đầu chuyển động trên sức nặng toàn thân
để chạy nước rút về phía phần thưởng.
Đây là sự phục hồi đầu tiên
của chuyển động chân tự giác được ghi nhận
sau khi nhận một tổn thương thí nghiệm ở cột sống
dẫn đến liệt hoàn toàn và vĩnh viễn.
Trong thực tế --
(Vỗ tay)
Cảm ơn các bạn.
Trong thực tế, chú chuột không chỉ khởi động
và duy trì sự vận động trên mặt đất,
chúng thậm chí có thể điều chỉnh sự chuyển động của chân,
ví dụ, chống lại trọng lực
để leo lên cầu thang.
Tôi có thể cam đoan với các bạn rằng điều này
khiến chúng tôi rất xúc động.
Chúng tôi đã mất 10 năm làm việc cật lực
để đạt được mục tiêu này.
Nhưng câu hỏi còn lại, như thế nào nhỉ?
ý tôi là, làm thế nào mà nó có thể làm được như vậy?
Và ở đây, là những gì chúng tôi tìm thấy
điều đó hoàn toàn bất ngờ.
Mô hình tập luyện mới lạ này
đã kích thích não tạo những kết nối mới,
một số vòng mạch truyền tín hiệu
chuyển thông tin từ não
đi qua chấn thương và khôi phục kiểm soát của vỏ não
qua mạng lưới vận động dưới những chấn thương.
Và ở đây, bạn có thể thấy một ví dụ,
chúng tôi đánh dấu các sợi đến từ não bộ bằng màu đỏ.
Tế bào thần kinh màu xanh này được kết nối với trung tâm vận động,
và tập hợp những
điểm tiếp nối synap có ý nghĩa rằng
bộ não đã tái kết nối với trung tâm vận động
với chỉ một tế bào thần kinh chuyển tiếp.
Nhưng việc tái cấu trúc không giới hạn
vùng tổn thương.
Nó xuất hiện trong suốt hệ thần kinh trung ương
bao gồm trong thân não,
nơi mà chúng tôi nhận thấy mật độ sợi thần kinh
từ não tăng đến 300%.
Chúng tôi đã không có ý định sửa chữa tủy sống,
nhưng chúng tôi đã có thể để thúc đẩy
mở rộng tái cấu trúc của
axonal projections mà chưa từng được ghi nhận trước đó
trong hệ thống thần kinh trung ương của động vật trưởng thành có vú
sau một chấn thương.
Và đó là một thông điệp rất quan trọng
ẩn đằng sau khám phá này.
Đó là kết quả của một đội ngũ trẻ
của những người rất tài năng:
vật lý trị liệu, sinh học thần kinh, phẫu thuật thần kinh,
các kỹ sư nhiều ngành,
những người đã cùng nhau đạt được
điều mà đối với từng cá nhân là không thể.
Đây thực sự là một đội ngũ liên ngành.
Làm việc cùng nhau như thế này
có thể ví như là quá trình chuyển DNA theo chiều ngang
Chúng tôi đang đào tạo thế hệ tiếp theo
những M.D. và kỹ sư
có khả năng chuyển đổi những khám phá
từ lý thuyết căn bản đến những liệu pháp trị liệu thực tiễn.
Và tôi?
Tôi chỉ là nhạc trưởng, người chỉ huy bài giao hưởng tuyệt vời này.
Bây giờ, tôi chắc chắn bạn đang tự hỏi,
cái này sẽ có ích đối với những người bị thương?
Tôi cũng vậy, mỗi ngày.
Sự thật rằng chúng tôi vẫn chưa biết đầy đủ thông tin.
Đây chưa phải là cách chữa trị cho tổn thương cột sống,
nhưng tôi bắt đầu tin rằng điều này có thể dẫn tới
một biện pháp can thiệp để cải thiện quá trình phục hồi
và chất lượng cuộc sống.
Tôi muốn tất cả các bạn
dành ra một phút để tưởng tượng cùng với tôi.
Hãy tưởng tượng một người bị chấn thương cột sống.
Sau một vài tuần của quá trình phục hồi,
chúng ta sẽ cấy ghép một máy bơm được lập trình sẵn
để cung cấp một hỗn hợp dược lý được cá nhân hoá
trực tiếp đến tủy sống.
Cùng lúc đó, chúng tôi sẽ cấy ghép một loạt các điện cực,
đại khái như một lớp da thứ hai
bao phủ vùng tủy điều khiển chuyển động chân,
và những điện cực gắn với một máy phát xung điện
cung cấp những kích thích được thiết kế riêng
với nhu cầu của từng người.
Nó chính là một dây thần kinh nhân tạo từ điện hóa được cá nhân hóa
sẽ cho phép vận động
trong thời gian tập luyện với một hệ thống hỗ trợ được thiết kế mới.
Và hy vọng của tôi là sau vài tháng tập luyện,
phần còn lại của các điểm kết nối được tái cấu trúc
cho phép thực hiện các vận động mà không cần robot,
có lẽ thậm chí không cần dược học hoặc kích thích.
Hy vọng của tôi ở đây là có thể tạo ra
các điều kiện được cá nhân hóa
để tăng độ đàn hồi của não
và tủy sống.
Và đây là một khái niệm hoàn toàn mới
có thể áp dụng cho các rối loạn thần kinh khác,
tôi gọi là "thần kinh nhân tạo được cá nhân hoá,"
bằng cách cảm nhận và kích thích những tương tác thần kinh,
tôi cấy ghép khắp hệ thần kinh,
trong não, trong tủy sống,
ngay cả trong thần kinh ngoại vi,
dựa trên những hư tổn đặc trưng của từng bệnh nhân
Nhưng không phải là để thay thế phần mất chức năng, không--
để giúp não giúp chính nó.
Và tôi hy vọng điều này thuyết phục trí tưởng tượng của các bạn,
bởi vì tôi có thể hứa với bạn
vấn đề không phải ở chỗ cuộc cách mạng này sẽ xảy ra hay không,
mà là xảy ra khi nào.
Và hãy nhớ rằng, chúng ta trở nên tuyệt vời bởi những gì
chúng ta tưởng tượng, và vĩ đại bời chính ước mơ của chúng ta.
Cảm ơn các bạn.
(Vỗ tay)