Halvaantunut rotta, joka käveli

Selkäydinvamma voi katkaista aivojen ja kehon välisen viestinnän johtaen halvaantumiseen. Grégoire Courtine esittelee laboratorionsa uunituoreen menetelmän -- yhdistämällä lääkkeet, sähköisen stimulaation ja robotin -- joka pystyi herättämään henkiin hermokäytävät ja auttamaan kehoa oppimaan uudelleen omin avuin liikkumisen. Katsokaa, miten menetelmä toimii, kun halvaantunut rotta kykenee juoksemaan ja selviytymään portaiden kiipeämisestä.

Olen neurotieteilijä,

takanani sekä fysiikan että lääketieteen opintoja.

Laboratorioni Sveitsin polyteknisessä instituutissa

on keskittynyt selkäydinvammoihin,

joista kärsii yli 50 000 ihmistä

kaikkialla maailmassa, joka vuosi,

aiheuttaen dramaattisia seurauksia näille ihmisille,

joiden elämä kirjaimellisesti pirstoutuu

muutamassa sekunnissa.

Mielestäni Teräsmies

Christopher Reeve

on parhaiten herättänyt tietoisuutta

selkäydinvammaisten ahdingosta.

Aloitin oman matkani

tämän tutkimuksen parissa

yhteistyössä Christopher ja Dana Reeven säätiön kanssa.

Muistan yhä ratkaisevan hetken.

Se sattui ihan tavallisen työpäivän

päätteeksi.

Chris sanoi meille tieteilijöille ja asiantuntijoille:

"Teidän on oltava käytännöllisempiä.

Kun huomenna lähdette laboratoriostanne,

haluan, että pysähdytte kuntoutuskekuksen luona

katsomaan vammautuneiden

kamppailua yhden askeleen ottamiseksi,

taistelua pysyäkseen pystyssä.

Kun lähdette kotiin,

ajatelkaa, miten seuraavana päivänä muutatte

tutkimuksianne parantaaksenne heidän elämäänsä."

Niitä sanoja en koskaan unohda.

Tämä sattui yli kymmenen vuotta sitten,

mutta siitä lähtien laboratoriossani

on suhtauduttu selkäydinvammasta toipumiseen

käytännönläheisesti.

Esimmäinen askel tähän suuntaan

oli kehittää uusi malli selkäydinvammasta,

joka jäljittelisi tarkemmin ihmisvamman tärkeimpiä piirteitä,

ja tarjoaisi hyvin kontrolloidut koeolosuhteet.

Tätä varten teimme kaksi leikkausta

vastakkaisilla puolille vartaloa.

Ne katkaisevat täydellisesti aivojen

ja selkäytimen väliset yhteydet,

aiheuttaen siten jalkojen täydellisen ja pysyvän

halvaantumisen.

Useimmiten ihmisten vammautuessa selkäytimeen

syntyy katkos, josta puuttuu ehjää hermokudosta,

jonka kautta paraneminen voi tapahtua.

Mutta miten paraneminen voi tapahtua?

Perinteisesti pyrittiin

puuttumaan asiaan

edistämällä katkenneen kuidun kasvua

alkuperäiseen kohteeseen.

Vaikkakin tämä varmasti oli ratkaisun avain,

se tuntui minusta varsin monimutkaiselta.

Nopean kliinisen tuloksen kannalta

oli ilmeistä:

Ongelmaa piti ajatella toisella tavalla.

Kävi ilmi, että yli sadan vuoden tutkimus

selkäytimen fysiologiasta,

Nobel-palkitusta Sherringtonista lähtien,

oli osoittanut,

että useimpien selkäytimen vammautumiskohtien

alapuolella oli kaikki välttämättömät ja riittävät hermoverkot

liikkumisen koordinointiin,

mutta koska syöttö aivoista oli keskeytynyt,

ne olivat toimintakelvottomat, ikään kuin horrostilassa.

Ideani: Herätetään verkosto.

Toimin silloin Los Angelesissa,

väiteltyäni tohtoriksi Ranskassa,

missä itsenäistä ajattelua

ei välttämättä tueta.

(Naurua)

Pelkäsin puhua uudelle pomolleni,

mutta päätin kerätä rohkeuteni.

Koputin mainion ohjaajani, Reggie Evertonin, ovea

kertoakseni uudesta ideastani.

Hän kuunteli minua tarkasti

ja vastasi virnistäen:

"Mitäpä jos yrittäisit?"

Se oli taatusti

hyvin tärkeä hetki urallani,

kun tajusin, että suurenmoinen johtaja

uskoi nuoriin ihmisiin ja uusiin ideoihin

Idea oli tämä:

Käytän yksinkertaista vertauskuvaa

monimutkaisen periaatteen selittämiseen.

Kuvitelkaa, että liikkumisväline on auto.

Moottori on selkäydin.

Voimansiirto on katkennut. Moottori ei toimi.

Miten se saataisiin taas kuntoon?

Ensiksi on saatava polttoainetta;

toiseksi on painettava kaasupoljinta;

kolmanneksi on ohjattava.

Kävi ilmi, tietyillä aivoista tulevilla hermoväylillä,

on juuri nämä tehtävät

liikkumisessa.

Ideani: Korvataan puuttuva syöttö,

jotta selkäydin saisi

samanlaisen välityskäskyn,

jonka aivot luonnostaan antavat kävelylle.

Tähän hyödynsin viimeisten 20 vuoden neurotieteellistä tutkimusta,

ensinnäkin puuttuvan polttoaineen korvaamiseksi

lääkeaineilla,

jotka saavat selkäytimen hermosolut käynnistymään,

ja toiseksi, saamaan sähköiset ärsykkeet toimimaan

kaasupolkimen tapaan.

Kuvitelkaa selkäytimen päälle

istutettu elektrodi,

joka antaa kivutonta ärsytystä.

Aikaa kului monta vuotta, mutta lopulta kehitimme

elektrokemiallisen neuroproteesin,

joka herätti selkäytimen hermoverkoston

horroksestaan täysin toimivaan tilaan.

Halvaantunut rotta pystyy välittömästi seisomaan.

Heti kun juoksumatto alkaa liikkua,

eläimen jalat liikkuvat koordinoidusti,

mutta ilman aivoja.

"Selkäydinaivot"

käsittelevät kognitiivisesti jaloista tulevaa

aisti-informaatiota

ja päättävät, kuinka lihasta aktivoidaan

seisomista, kävelemistä ja juoksemista varten.

Kovaakin juostessaan

rotta seisahtaa välittömästi

juoksumaton pysähtyessä.

Ällistyttävää.

Olin aivan lumoutunut liikkumisesta

ilman aivoja,

mutta samalla kertaa hyvin turhautunut.

Liikkuminen oli täysin tahdosta riippumatonta.

Eläin pystyi tuskin lainkaan kontrolloimaan jalkojaan.

Oli ilmiselvää, että ohjausjärjestelmä puuttui.

Minulle selvisi,

että meidän oli hylättävä

perinteinen kuntoutusparadigma,

juoksumatolla askeltaminen,

ja luotava olosuhteet, jotka kannustaisivat aivoja

alkamaan kontrolloida jalkoja omasta tahdostaan.

Tätä tarkoitusta varten kehitimme täysin uuden

robottijärjestelmän, joka tuki rottaa

joka suunnasta.

Kuvitelkaa, todella mahtavaa.

200 gramman painoinen pieni rotta,

kiinnitettynä 200-kiloisen robotin ulokkeeseen,

eikä rotta voi aistia robottia lainkaan.

Robotti on näkymätön,

aivan kuin joku pitelisi pikkulasta

ensimmäisten epävarmojen askelten aikana.

Tiivistettynä: Rotta sai

halvaannuttavan selkäydinvamman.

Elektrokemiallinen neuroproteesi mahdollisti

selkäytimen liikeverkostojen hyvän toimintakyvyn.

Robotti loi turvallisen ympäristön,

ja salli rotan kokeilla mitä tahansa

saadakseen jalkansa toimimaan.

Motivointiin käytimme Sveitsin tehokkainta

farmakologista ainetta:

hienoa sveitsiläistä suklaata.

(Naurua)

Ensimmäiset tulokset olivat itse asiassa

hyvin, hyvin, hyvin masentavia.

Tässä paras fysioterapeuttimme

epäonnistuu täydellisesti kannustaessaan rottaa

ottamaan yhden ainoan askeleen,

kun sama rotta, viisi minuuttia aiemmin,

käveli oivallisesti juoksumatolla.

Olimme kovin turhautuneita.

Mutta yksi tieteilijän tärkeimmistä ominaisuuksista

on periksiantamattomuus.

Pidimme päämme. Hioimme paradigmaamme,

ja useita kuukausia harjoiteltuaan

halvaantunut rotta pystyi seisomaan,

ja alkoi aina halutessaan

koko painonsa kannattelevan liikkeen

palkintoja kohden.

Ensimmäistä kertaa nähtiin

omaehtoista jalkojen liikettä

täydelliseen ja pysyvään halvautumiseen

johtaneen selkäydinvammakokeen jälkeen.

Itse asiassa --

(Suosionosoituksia)

Kiitos.

Rotta ei pystynyt pelkästään aloittamaan

ja ylläpitämään maassa liikkumista,

vaan jopa sovittamaan jalkojen liikkeen

painovoiman voittamiseksi

kiivetäkseen portaita.

Voin vakuuttaa, että se oli

hyvin tunteellinen hetki laboratoriossamme.

Tarvittiin kymmenen vuoden kova työ

tämän päämäärän saavuttamiseen.

Jäljelle jäi kysymys: miten?

Tarkoitan, miten se on mahdollista?

Löydöksemme

oli täysin odottamaton.

Tämä ennen näkemätön valmennusparadigma

kannusti aivoja luomaan uusia yhteyksiä,

välittäjäpiirejä,

jotka kuljettavat informaatiota aivoista

vammautumiskohdan ohi ja palauttavat aivokuoren

ohjauksen vamman alapuolisiin liikeverkostoihin.

Tässä yksi esimerkki, jossa aivoista tulevat kuidut

on merkitty punaisella.

Tämä sininen neuroni on yhteydessä liikekeskukseen,

ja tämä hermojen välinen synaptinen

muodostelma tarkoittaa,

että aivot ovat taas yhteydessä liikekeskukseen,

vain yhden välittäjäneuronin kautta.

Mutta muutos ei rajoittunut vain

vammautuneelle alueelle.

Se koski koko keskushermostoa,

mukaan lukien aivorungon,

missä havaittiin aivoista tulevien säikeiden tiheyden

lisääntyneen jopa 300 prosentilla.

Tarkoituksemme ei ollut korjata selkäydintä,

pystyimme kuitenkin edistämään

aksonien uudelleenjärjestäytymistä

enemmän kuin koskaan ennen

vammautuneen täysikasvuisen nisäkkään

keskushermostossa.

Tähän löytöön kätkeytyy

hyvin tärkeä viesti.

Se on lahjakkaiden nuorten ihmisten

työn tulos:

fysioterapeuttien, neurobiologien, neurokirurgien

ja monen alan insinöörien,

jotka ovat yhdessä saavuttaneet jotakin,

mikä olisi ollut yksittäisille ihmisille mahdotonta.

Se on todella monitieteellinen tiimi.

He työskentelevät niin tiiviisti yhdessä,

että vaihtavat DNA:ta keskenään.

Luomme seuraavan polven

lääkäreitä ja insinöörejä,

jotka pystyvät hyödyntämään tutkimustuloksiaan

nopeasti käytännön hoitotyöhön.

Minun osuuteni?

Olen vain tätä kaunista sinfoniaa johtanut maestro.

Mietitte varmaan kaikki,

auttaako tämä vammautuneita ihmisiä.

Niin minäkin, joka päivä.

Todellisuudessa tietomme ovat vielä puutteelliset.

Selkäydinvammaa ei pystytä vielä parantamaan,

mutta alan uskoa, että tämä voi johtaa

läpimurtoon, joka voi edistää toipumista

ja parantaa ihmisten elämänlaatua.

Haluaisin teidän kaikkien unelmoivan

hetken aikaa kanssani.

Kuvitelkaa joku äskettäin selkäydinvamman saanut henkilö.

Muutaman viikon toipumisen jälkeen,

asennetaan ohjelmoitava pumppu

antamaan yksilöllinen farmakologinen cocktail

suoraan selkäytimeen.

Samalla kertaa asennetaan joukko elektrodeja,

jonkinlainen toinen iho,

joka peittää jalkoja kontrolloivaa selkäytimen aluetta,

ja tämä kokonaisuus kiinnitetään sähköiseen sykegeneraattoriin,

joka antaa ärsykkeitä, jotka vastaavat

juuri kyseisen potilaan tarpeita.

Näin taataan yksilöllinen elektrokemiallinen neuroproteesi,

joka mahdollistaa liikkumisen

harjoiteltaessa vastikään suunnitellun tukijärjestelmän avulla.

Toivon, että kuukausien harjoittelun jälkeen

jäljellä olevat yhteydet uusiutuvat riittävästi

mahdollistaen liikkumisen ilman robottia,

ehkä jopa ilman lääkitystä tai hermoärsykkeitä.

Toivon, että pystytään luomaan

yksilölliset edellytykset

tehostaa aivojen ja selkäytimen

mukautumiskykyä.

Täysin uusi periaate,

jota voidaan ehkä soveltaa muihin neurologisiin häiriöihin,

"yksilölliset neuroproteesit",

joissa herkistämällä ja ärsyttämällä hermojen rajapintoja

koko hermojärjestelmässä,

aivoissa, selkäytimessä,

jopa ääreishermoissa,

potilaskohtaisten häiriöiden perusteella.

Ei pyritä korvaamaan menetettyä toimintoa --

vaan auttamaan aivoja auttamaan itseään.

Toivottavast tämä kiehtoi mielikuvitustanne,

koska voin luvata,

ettei ole kysymys siitä, tapahtuuko tämä vallankumous,

vaan milloin se tapahtuu.

Muistakaa, olemme vain yhtä suuria kuin

mielikuvituksemme, unelmiemme kokoisia.

Kiitoksia.

(Suosionosoituksia)