我是一名神经学家
同时有着医学和物理学背景
我的实验室隶属于瑞士联邦理工学院
专攻脊椎损伤研究
全球每天有超过5万的人
受到该伤病的影响
对于那些脊椎损伤的人来说
生活, 往往就在那么短短几秒钟
被完全摧毁
对于我而言, 是"钢铁英雄"
克里斯托弗·里夫
尽自己的努力唤醒人们
开始关注那些脊椎受伤的人
而我进入这个研究领域的缘起
第一次的接触
就源于与里夫夫妇基金的合作
我到现在都还记得那个决定性的时刻
那是一个再普通不过的一天的结尾
我在帮基金会工作
克里斯托弗对我们, 一群学者和技术专家说
"你们一定要专注实用价值"
"明天, 当你离开实验室的时候"
"我希望你们能去康复中心"
"看看那些伤者"
"如何费尽全力迈出一小步"
"如何努力保持自己的平衡"
"在你到家之后"
"仔细想想是否需要改变自己的研究方向"
"能够让他们的生活变得更美好一些"
这段话, 刻到我心里去了
十多年过去了
直到今天, 我的实验室还都在
坚持尝试用实用的方法
帮助脊椎损伤后恢复
我在这研究方向上
需要做的第一件事情就是建立一个新的模型
一个新的脊椎损伤模型, 能够很好的模拟出人类的损伤
同时也能够提供很好的实验控制环境
基于这个目标, 我们首先在身体的两侧
进行了两次半切操作
半切完全阻断了
大脑和脊髓的通信
导致了下肢永久性的
完全瘫痪
但是, 正如你们看到的, 对于大多数损伤
在神经需要进行修复的位置
周边的神经组织都是完好的
那么如何利用这一点?
经典的方法是
通过介入疗法
刺激被切断的神经纤维重新生长
拼接到切断前的位置
这依然是治疗的关键步骤
但对我而言实在是太复杂了
如果要尽早实现临床应用
那么很明显的
我需要换个角度来思考这个问题
脊髓外科的研究起始于谢林顿
一位诺贝尔奖得主
至今已经有一百多年的研究史
许多研究都证实
大多数受伤后的脊髓
包含了协调运动所需的
所有的神经网络
但是由于来自大脑的输入被切断了
这些神经网络进入了类似休眠的状态
我的想法是: 激活这些网络
当时我还只是加州大学洛杉矶分校的小小博士后
刚刚从法国博士毕业
这个身份其实并不是
太需要独立思考精神的
(笑声)
我一开始不敢跟我的新老板提这个想法
但是后来终于鼓足了勇气
我敲开了我导师的门, 说出了我的想法
我的导师, Reggie Edgerton, 他太好了
他仔细的听了我的想法
然后咧嘴一笑
"干嘛不试试？"
我要再三强调
这一刻在我职业生涯中有多重要
这一刻我意识到伟大的领导者
信任年轻人, 以及他们的新想法
这是我的想法:
我要用一个简单的比喻
来向你解释这个复杂的概念
假设运动神经系统是一辆汽车
引擎就是脊髓
变速箱坏了, 引擎熄火了
我们怎么把引擎重新打着？
首先, 我们要加好油
第二, 我们要踩油门
第三, 我们把握方向盘
研究人员已经发现了一些大脑发出的神经
在人的运动过程中承担着非常重要的
控制作用
我的想法: 代替联系不上的大脑
向脊髓发送神经信号
模拟大脑通过神经网络发出的信号
干预脊髓, 让下肢可以行走
我借助过去20年神经科学的研究成果实现这一点
首先是替换汽油
使用药理学方法
刺激脊椎神经细胞, 做好发送神经信号的准备
然后, 用电刺激来模拟
汽车的油门
你可以想象成
在脊髓后面植入两个电极
用于发送无痛的电刺激
虽然花了很多年, 但是最终我们还是
成功开发了一套电化学神经康复疗法
让受伤的脊髓中
已经冬眠的神经网络重新焕发生机
立竿见影的, 瘫痪的老鼠立刻站了起来
脚底下的跑步机一启动
老鼠的双腿就开始协调的运动起来
完全没有大脑参与
我将相关的神经命名为"脊髓脑"
它负责认知双腿传送上来的
各种运动相关的感觉
并且就肌肉如何运动做出决策
使老鼠能够站立, 行走和奔跑
甚至在冲刺的时候
能够做到
跑步机一停老鼠就停下来
这很神奇
当我看到这种没有大脑参与的运动时
我非常的开心
但是也感到非常的沮丧
这种运动完全是非自主的
小白鼠实际上并不能控制自己的腿
很显然, 还缺个方向盘
之后我就很清楚的认定
我们需要抛开过去的方式
创建一种新的康复治疗过程
将小白鼠放在跑步机上
同时创造一个环境, 这个环境能够激励
大脑去自发的控制下肢
基于这个想法, 我们开发了一个全新的装备
一个机械臂, 能够帮助老鼠
向任何一个方向运动
想象一下, 很棒的设计
想象一下这个不到两百克的小老鼠
被固定在将近200公斤的机械臂上
但是小老鼠完全感觉不到机械臂的存在
机械臂是感知不到的
就像是你撑着一个
蹒跚学步的婴儿一般
让我小结一下之前的内容
一个老鼠的脊髓被切断了
我们利用电化学神经康复疗法
将老鼠的脊髓运动神经网络激活
改进的机械臂提供一个安全的环境
使得老鼠瘫痪的双腿
可以做任何尝试
为了激励老鼠走起来, 我们使用了
我认为是瑞士最强有力的刺激药物——
优质的瑞士巧克力
(笑声)
但是, 初步的实验结果非常, 非常, 非常地
叫人失望
视频中是我们最好的理疗师
他也完全没有办法诱使老鼠
迈出一小步
而同样是这只老鼠, 5分钟前
还在跑步机上优雅的迈着步子
我们深受挫败
但是你也知道, 我们搞科学研究的, 最基本的素质
就是坚持不懈的精神
我们继续努力, 继续完善我们的方法
经过几个月的不断训练
一些瘫痪的老鼠能够自己站起来了
并且它可以按照自己的意愿
开始一种全速冲刺的姿态
冲向作为奖励的巧克力
这是迄今为止第一次
在实施了脊髓切断手术
导致完全和永久性的下肢瘫痪之后
第一次成功实现下肢的自主运动
事实上
(掌声)
谢谢
事实上, 这只老鼠不仅可以
在平地上启动并保持运动的状态
它们甚至可以调整自己的下肢运动
例如, 它们能够克服重力因素
在楼梯上爬上爬下
可以说, 当这一刻发生时
我们整个实验室的人都激动不已
我们花费了10年的辛苦努力
才做到这一点
接下来的问题是, "怎么做到的?"
我是说, 这怎么可能？
而这个问题的答案
完全出乎我们的意料
这个新的康复训练方式
刺激了大脑去生成新的神经连接
也就是一些传播网络
将大脑的神经信号
穿过受损的脊髓部分, 连接上新恢复的脊髓神经
最终连接上了受损脊髓下部的神经网络
你现在看到的这个例子中
红色的纤维就是从大脑发出的神经
蓝色的神经能够连接到运动中枢
看起来像是星座图
图中的连接表示的意思是
大脑与运动中枢通过这一个神经细胞
重新连接了起来
但是这种神经网络的改变
并不局限于此
在中枢神经系统中, 这种改变也在发生着
包括大脑内部的神经束
我们观察到大脑中相关的区域
运动纤维的密度增长了300%
我们并不是要将脊髓恢复原状
但是我们或许可以
在一个成年哺乳动物瘫痪之后
通过这种神经网络重构的方式
重建中枢神经系统中
的神经连接
这项发现的背后, 隐藏着一个
非常重要的事实
这是由许多有才华的人组成的年轻团队
合作努力的结果
理疗师, 神经生物学家, 神经外科医生
各种专业的工程师
他们一起工作
做出了个人无法做到的成果
这是一个真正的跨学科团队
我们工作中是如此的紧密
就像是我们之间发生了基因水平转移一样 (译注: 指生物将遗传物质传递给其他细胞而非其子代的过程)
我们正在培养下一代的
医学博士和工程师
他们有能力将自己的发现及成果
从实验室转化到病房中
我呢？
我只是这首美妙协奏乐章的指挥而已
现在, 我确定你们一定都在问
"这项技术能帮助人类么？"
其实我每天也都在问自己
而事实上，现在我们还都不那么清楚
这很显然并不能让断开的脊髓恢复如初
但是我逐渐相信, 或许我们
能够帮助受伤的人提高伤后恢复的效果
改善他们的生活质量
我邀请你们
花一点时间, 与我一起畅想一下
想象一个人刚刚经历了脊髓损伤
数周的恢复期之后
我们植入一个可编程的药泵
能够直接向脊椎注入药物, 药物的选择和配比
都是基于个人的情况定制的
同时, 我们会植入一个电极阵列
就像皮肤一样薄
覆盖控制下肢运动的脊髓位置
这个电极阵列连接到一个电脉冲发生器上
电脉冲发生器发出的刺激频率和模式
可以因人而异
这就构成了一个个性化的电化学神经康复治疗过程
能够在康复训练中, 借助一个
新的运动支持系统, 进行下肢的运动
我希望的是经过几个月的训练之后
大脑和脊髓中的神经网络重建能够
让人可以不借助辅助机械臂自由运动
甚至可能不再需要药物泵和电脉冲发生器
我的愿望是能够开发出
个性化的治疗手段
提高大脑和脊髓之间的
神经网络的可塑性
这是一个全新的概念
或许也可以应用到其它的神经障碍性疾病中
我提出了一种"个性化的神经假肢技术"
即根据病人自己的受损情况
在整个神经系统不同的位置植入电极
大脑中, 脊髓中
甚至周围神经中
感知并模拟神经刺激
我并不是要替换受损的功能, 不是的--
我是帮助大脑自我修复
我希望能够激发你们的想象
因为我敢保证
这场革命的问题, 不是能否发生
而是何时到来
请记住, 心有多大, 世界就有多大
思想有多远, 就能走多远
谢谢
(掌声)