Парализираният плъх, който проходи

Травмата на гръбначния стълб може да увреди комуникацията между твоя мозък и тяло, водейки до парализа. Току-що излязъл от своята лаборатория, Грегоар Куртин демонстрира нов метод, съчетавайки лекарства, електрическа симулация и роботика, така че да събуди отново невронните пътища и да помогне на тялото да се научи отново да се движи самостоятелно. Вижте как работи чрез парализирания плъх, който е способен да тича и изкачва стълби.

Аз съм учен-невролог

с опит както във физиката, така и в медицината.

Моята лаборатория се намира в
Швейцарския федерален технологичен институт.

Специализирала се е върху
уврежданията на гръбначния мозък,

които засягат повече от 50 000 души

по целия свят всяка година

и които са с драматични последици за засегнатите,

чиито живот буквално се разбива

за няколко секунди.

За мен, Мъжът от стомана,

Кристофър Рийв,

най-добре насочи вниманието

към страданието на хората с увреден гръбначен мозък.

Моето лично професионално пътешествие

в тази изследователска област,

започна работейки с
Фондацията на Кристофър и Дана Рийв.

Още помня този съдбоносен момент.

Беше в края на един обикновен работен ден

във фондацията.

Крис се обърна към нас, учени и експерти, с думите

"Вие трябва да бъдете по-прагматични.

Когато си тръгнете утре от Вашата лаборатория,

искам да спрете край някой рехабилитационен център,

за да наблюдавате как пострадалите хора

се борят да направят крачка,

полагат усилия да управляват тялото си.

Когато се приберете у дома,

помислете как на другия ден ще
промените Вашите изследвания,

за да направите
живота на тези хора по-добър."

Тези думи заседнаха в мен.

Това се случи преди повече от 10 години,

но оттогава моята лаборатория следва

прагматичния подход към възстановяването

вследствие травма на гръбначния стълб.

Моята първа крачка в тази посока

беше да създам нов модел на
увреждане на гръбначния стълб,

който би имитирал съвсем точно някои от ключовите симптоми на хора с травма,

като същевременно позовлява
добър контрол на експерименталните условия.

Затова ние разделихме двете хемисфери

на противоположните страни на тялото.

Те напълно нарушиха комуникацията

между мозъка и гръбначния стълб,

водейки до пълна и постоянна парализа

на краката.

Наблюдавахме, че след повечето травми при хора

съществува зона от незасегната нервна тъкан,

посредством която може да се случи възстановяването.

Но как да го направим?

Класическият подход

се състои в прилагане на интервенция,

която би стимулирала растежа на увредена тъкан

доколкото е необходимо.

Докато това със сигурност оставаше
ключът за лечението,

на мен ми изглеждаше невероятно сложно.

За да се постигне бърз клиничен растеж

беше ясно:

трябваше да разсъждавам върху
проблема по различен начин.

Оказа се, че повече от 100 години изследвания

на физиологията на гръбначния мозък,

започвайки от носителя на Нобелова награда Шерингтон,

доказват, че

гръбначният мозък, сред останалите наранявания,

притежава всички необходими и достатъчни
невронни мрежи

за да координира двигателния апарат,

но поради нарушена връзка с главния мозък,

те са в не-функциониращо състояние, подобно на сън.

Моята идея: да събудим тази мрежа.

По това време бях степендиант в Лос Анджелис,

след като бях защитил докторантура във Франция,

където независимото мислене

не винаги се насърчава.

(смях)

Притеснявах се да говоря с новия си шеф,

но реших да събера кураж.

Почуках на вратата на моя прекрасен наставник,

Реджи Едгертон, за да му споделя идеята си.

Той ме изслуша внимателно

и се ухили.

"Защо не опиташ?"

Казвам ви,

това беше важен момент в моята кариера,

защото осъзнах, че великите лидери

вярват на младите хора и новите идеи.

Идеята беше:

ще използвам проста метафора,

за да ви обясня тази сложна концепция.

Представете си, че "двигателната система" е кола.

Двигателят е гръбначния мозък.

Предаването е нарушено. Двигателят е изключен.

Как може да запалим отново двигателя?

Първо, като осигурим гориво.

Второ, като натиснем педала на газта.

И трето, насочим колата.

Оказа се, че същестуват невронни пътеки,

излизащи от главния мозък,
които изпълняват тази функция

по време на движение.

Моята идея: да заместим липсващия сигнал,

да подсигурим гръбначния мозък

с необходимата интервенция

така че главният мозък по естествен път
да подава сигнал за движение.

Аз вложих 20 години изследвания в неврологията,
за да постигна това.

Първо да заменя лиспващото гориво

с фармакологични агенти,

които да подготвят невроните в
гръбначния стълб да "запалят".

И второ, да имитирам педала за газта

с електрическа стимулация.

Представете си електрод,

имплантиран в гръбначния стълб,

който доставя безболезнена стимулация.

Отне много години, но накрая създадохме

електрохимични нервопротези,

които преобразуваха невронната мрежа

в гръбначния стълб
от "спяща" на "високо функционална".

Парализираният плъх можеше веднага да се изправи.

Веднага след като коланът за движение се включеше,

животното демонстрираше координирани
движения на краката

без участието на мозъка.

Това, което наричам "гръбначен мозък",

познавателно обработва сензорната информация,

постъпваща от движещия се крак

и взема решения как да активира мускула,

така че той да се изправи, ходи или тича.

Дори тук, докато спринтира,

мускулът незабавно спира,

ако коланът спре да се движи.

Беше удивително.

Аз бях напълно очарован от това движение

без участието на мозъка,

но и разстроен в същото време.

Това движение беше напълно принудително.

На практика, животното нямаше
контрол върху краката си.

Очевидно "кормилната система" отсъстваше.

Стана ми ясно,

че трябва да се отдалечим

от класическата рехабилитационна парадигма,

да засилим пътеката за бягане

и да създадем условия, които биха насърчили

мозъка да започне да оказва
доброволен контрол върху краката.

За тази цел ние създадохме напълно нова

система-робот, която да подкрепя плъха

във всяко едно измерение.

Представе си колко страхотно е това.

Малък 200-грамов плъх

прикрепен напълно до 200 килограмов робот,

който обаче плъхът не усеща.

Роботът е прозрачен.

Точно както Вие държите малко дете

по време на първите му несигурни крачки.

Нека обобщя: плъхът е получил

парализираща увреда на гръбначния стълб.

Електрохимичната нервопротеза позволява

високо-функционално състояние на
гръбначната двигателна мрежа.

Роботът осигурява защитена среда,

която позволява плъхът да опита всичко,

за да задвижи парализираните си крайници.

За мотивация ние използвахме нещо,

което според мен е
най-мощното лекарство на Швейцария:

швейцарският шоколад.

(смях)

Всъщност, първите резултати бяха много, много,

много разочароващи.

Тук виждате моя най-добър физиотерапевт

да се проваля напълно в опита си да окуражи плъха

да направи една крачка.

Същият плъх, пет минути по-късно,

се разхожда красиво по бягащата пътечка.

Ние бяхме толкова фрустрирани.

Знаете, че едно от най-важните качества

на учения е постоянството.

Бяхме упорити. Подобрихме нашата парадигма

и след няколко месеца тренировки,

иначе парализираният плъх можеше да се изправи

и когато реши

да напарви пълноценни натоварващи движения,

да тича към наградата.

Това е първото възстановяване наблюдавано някога

на съзнателно движение на крак

след експериментална увреда на гръбначен стълб,

водеща до пълна и постоянна парализа.

В действителност,

(ръкопляскане)

Благодаря Ви.

В действителност, плъхът можеше не само да инициира

и поддържа движение на земята,

но и дори да приспособи движението на краката си

така че да устои на гравитацията, например,

за да изкачи стълби.

Заклевам се това беше

много емоционален момент в моята лаборатория.

Отне ни 10 години тежка работа,

за да постигнем тази цел.

Но въпросът, който оставаше, беше как?

Имам предвид, как е възможно?

Това, което открихме

беше напълно неочаквано.

Тази нова парадигма на трениране,

насърчаваше мозъка да създаде нови връзки,

енергийни вериги,

които да пренасят информация от мозъка

през травмата и да възстановяват кортикалния контрол

на двигателните мрежи под нея.

Тук можете да видите това примерно

където сме маркирали влакната,
идващи от мозъка в червено.

Този син неврон е сързан с двигателния център

и това, което кълбото

от синаптични връзки означава,

е че мозъкът е свързан отново с двигателния център,

посредством само един спомагателен неврон.

Повтарянето на работния модел не беше ограничено

в увредената област.

Той се срещаше из цялата централна нервна система,

включително мозъчния ствол,

където наблюдавахме до 300 % нарастване

на гъстотата на влакната, идващи от мозъка.

Ние нямахме за цел да възстановим гръбначния стълб,

но въпреки това бяхме способни да произведем

един от най-наситените модели

на предаване на аксони наблюдавано някога

в централната нервна система на възрастен бозайник

след травма.

Много важно послание е

скрито в това откритие.

Това е резултат от работата на млад екип

от много талантливи хора:

физиотерапевти, невробиолози, нервохирурзи

и различни инженери,

които постигнаха заедно

това, което би било невъзможно от отделния индивид.

Това е един истински междудисциплинарен екип.

Те работят толкова близко един до друг,

че има хоризонтален пренос на ДНК.

Ние създаваме следващото поколение

от лекари и инженери,

способни да пренасят напълно откритията

от скамейката до леглото.

Аз?

Аз съм само диригентът,
който дирижираше тази красива симфония.

Съгурен съм, че сега се питате

дали това откритие ще помогне на увредените хора?

Аз също. Всеки ден.

Истината е, че ние все още не знаем достатъчно.

Нашето откритие със сигурност не е лек за
травмите на гръбначния стълб,

но аз започвам да вярвам, че то може да доведе

до интервенция, която да подобри възстановяването

и качеството на живот на хората.

Бих искал всички вие

да отделите малко време, за да помечтаете с мен.

Представете си човек, който е
преживял травма на гръбначния мозък.

След няколко седмици на възстановяване,

ние ще му имплантираме програмираща помпа

за да му влива персонализиран фармакологичен коктейл

директно в гръбначния стълб.

По същото време ще му имплантираме
и електроден масив,

наподобяващ втора кожа,

покривайки областта от гръбначния стълб и контролирайки движението на краката.

Този масив е свързан с генератор на
електрически импулси,

който предава стимулации в зависимост

от нуждите на човека.

Тази персонализирана електрохимична нервопротеза

ще позволи движението

по време на тренировка с
новосъздадена помощна система.

Моята надежда е, че след няколко месеца тренировки

може да има достатъчно ре-модилиране
на остатъчните връзки,

за да се позволи движение без робот,

може би дори без фармакология или стимулация.

Моята надеждажда е да успеем да създадем

персонализирано състояние

за повишаване на пластичността на мозъка

и гръбначния стълб.

Това е изцяло нова концепция,

която може да се приложи и
за други неврологични нарушения.

Аз я нарекох "персонализирана нервопротеза",

където чрез усещане и стимулиране на
невронните допирателни,

които имплантирах по цялата нервна система -

в мозъка, гръбначния стълб,

дори в периферните нерви -

въз основа на специфичните нарушения при пациента.

Но не за да заменя изгубената функция. Съвсем не.

За да помогна на мозъка да си помогне сам.

Надявам се това да привлече въображението ви,

защото ви обещавам,

това не е въпрос дали тази революция ще се случи,

а кога.

И помнете. Ние сме толкова велики

колкото нашето въображение.
Толкова големи, колкото нашите мечти.

Благодаря Ви!

(ръкопляскане)