全身麻痺のラットを歩かせる

脊髄損傷を負うと、脳と体のコミュニケーションが断ち切られ、全身麻痺につながります。グレゴワール・クルティーヌ氏は、薬、電気ショック、そしてロボットを用い、全身麻痺したラットの神経回路を呼び覚まし、再び歩かせる事に成功した新しい方法を、研究室でのその様子を披露しながら説明します。どのようにして、麻痺したラットを、走ったり階段を上り下りできるようにさせたのか、ご覧ください。

私は神経科学者ですが

物理と医学を専門的に学びました

スイス連邦工科大学の研究室で

脊髄損傷を研究しています

世界中で 毎年５万人以上の人が
脊髄損傷事故という

世界中で 毎年５万人以上の人が
脊髄損傷事故という

そのほんの一瞬の出来事によって
人生が一転し

そのほんの一瞬の出来事によって
人生が一転し

劇的な生活の変化に苦しんでいます

『スーパーマン』を演じたー

クリストファー・リーヴにより

脊髄損傷を負った人々の
苦脳に対する私の認識が高まり

脊髄損傷を負った人々の
苦悩に対する私の認識が高まり

私のこの分野の研究が

私のこの分野の研究が

「クリストファー＆ダナ・リーヴ基金」で始まったのです

ある決定的瞬間を
今でも覚えています

ある日 いつものように
仕事を終えたばかりの時でした

ある日 いつものように
仕事を終えたばかりの時でした

クリスは私たち科学者や専門家に
こう言ったのです

「もっと現実的にならなきゃダメだ

明日 研究室を出る時はー

リハビリセンターに
立ち寄って欲しい

患者の姿を—

一歩踏み出すのに苦戦し—

必死で 体を支える
彼らの姿を見て欲しいんだ

そして家に帰ったら

彼らの状況を改善するには
研究の何を変えるべきかを考えて欲しい」

彼らの状況を改善するには
研究の何を変えるべきかを考えて欲しい」

この言葉が
ずっと心に残っています

もう10年以上前の事ですが

それ以来 我々の研究では
脊髄損傷から回復するための

それ以来 我々の研究では
脊髄損傷から回復するための

実践的なアプローチを
行なってきました

私が最初に行なった事は

新しく脊髄損傷のモデルを
作り出す事で

そのモデルは 人の脊髄損傷の
重要な特徴を備える一方

実験にも うまく使える状態で
なくては なりませんでした

そのために ラットの脊髄の両側に
メスを入れ 半側切断を行いました

そのために ラットの脊髄の両側に
メスを入れ 半側切断を行いました

これで 脳と脊髄の伝達を
完全に遮断することになり

これで 脳と脊髄の伝達を
完全に遮断することになり

足が完全に
永久的に麻痺してしまいます

足が完全に
永久的に麻痺してしまいます

でも 人の脊髄損傷の殆どには

神経繊維の回復に利用できる
無傷の神経細胞が残っているのです

神経繊維の回復に利用できる
無傷の神経細胞が残っているのです

でも その方法は？

従来のアプローチは

治療介入を施すことで

切断された神経繊維を
元のように繋ぎ合うように

成長を促す方法です

これは今でも確かに
治癒の鍵となるものですが

しかし私には あまりにも
複雑だと思えたのです

速やかに臨床実験の成果を出すには

明らかに

問題の見方を変えなければ
いけませんでした

脊髄生理学における百年以上の

脊髄生理学における百年以上の

ノーベル賞受賞者チャールズ・シェリントン
から始まる研究では

ノーベル賞受賞者チャールズ・シェリントン
から始まる研究では

脊髄損傷した部分より下の脊髄には

殆どの場合 歩行運動に必要な
神経回路は十分にありますが

殆どの場合 歩行運動に必要な
神経回路は十分にありますが

脳からの情報が
遮断されているので

休眠状態のような機能していない
状態にあることが分っています

そこで 私は
回路を目覚めさせる事を考えました

当時 私はフランスで博士号取得後
ロスで博士研究員をしていました

当時 私はフランスで博士号取得後
ロスで博士研究員をしていました

そこでは自立的な思考は
必ずしも歓迎されません

そこでは自立的な思考は
必ずしも歓迎されません

（笑）

新しい上司に話すのが
怖かったのですが

勇気を出すことにしたのです

私の考えを聞いてもらおうと アドバイザーの
レジー・エジャートン博士を訪ねました

私の考えを聞いてもらおうと アドバイザーの
レジー・エジャートン博士を訪ねました

彼は 真剣に私の話を聞き

そして にこっと笑って言ったのです

「やってみらどうだ」と
これは間違いなく

「やってみらどうだ」と
これは間違いなく

私のキャリアにおいて重要な瞬間でした

偉大な指導者が 若者と新しいアイデア
を信じてくれていると知ったのです

偉大な指導者が 若者と新しいアイデア
を信じてくれていると知ったのです

アイデアは こうです

複雑なコンセプトを説明するために
シンプルな比喩を使いましょう

複雑なコンセプトを説明するために
シンプルな比喩を使いましょう

運動組織を車だと考えて下さい

エンジンは脊髄です

トランズミッションは切断され
エンジンは止まりました

どうやって再起動しますか

まず 燃料が必要です

次に アクセルを踏んで

ハンドル操作も必要です

脳からの神経回路は

歩行中 まさに この機能を
司っています

歩行中 まさに この機能を
司っています

私のアイデアは
この損傷した回路に

私のアイデアは
この損傷した回路に

歩行の為に自然に脳がすることを
治療で補い施してあげることです

歩行の為に自然に脳がすることを
治療で補い施してあげることです

そのために神経科学で
20年学んだ事を活かしました

まず 薬剤を使って
足りない燃料に置き換えました

まず 薬剤を使って
足りない燃料に置き換えました

脊髄内のニューロンが
発火できるようにです

次に アクセルペダルの役割に
電気刺激を使いました

次に アクセルペダルの役割に
電気刺激を使いました

電極が脊髄に埋め込まれて

電極が脊髄に埋め込まれて

痛みのない刺激を与えます

何年もかけ ついに
電気化学信号を使った

神経補綴を開発し

脊髄の神経回路を休眠状態から
機能状態に変えたのです

脊髄の神経回路を休眠状態から
機能状態に変えたのです

すぐに 全身麻痺していたマウスは
立てるようになりました

トレッドミルが動き始めると

その動きに合わせて足を
動かすようになったのです

脳の指示なしにです

私が呼ぶ「脊髄脳」は

足の動きからの感覚情報を認知処理し

足の動きからの感覚情報を認知処理し

筋肉の動かし方を決め

立ったり 歩いたりしました

速く走っている時

トレッドミルが止まれば
立ち止まることさえできました

トレッドミルが止まれば
立ち止まることさえできました

驚くべき事でした

脳からの指示なしに歩行できたことに
とても感動しました

脳からの指示なしに歩行できたことに
とても感動しました

しかし同時に
歯がゆい思いもしました

この歩行は
随意運動ではないからです

マウスは自分の足を全く
コントロールすることはできません

明らかに「ハンドル操作」の
システムがないのです

そして 私たちは従来の
リハビリの理論の枠から

そして 私たちは従来の
リハビリの理論の粋から

脱却しなければならないと
気がつきました

トレッドミルを歩かせ

脳が足に随意運動をさせる状態に

回復させるというのが
嘗てのリハリビ方法でした

これを念頭に置きながら
全く新しいー

ラットがどの方向にも行けるよう
最新のロボットシステムを開発しました

ラットがどの方向にも行けるよう
最新のロボットシステムを開発しました

とってもよく出来てるんですよ

２百グラムの小さなラットを

２百キロのロボットにつなぎます

しかし ラットはロボットを
感じる事はありません

ロボットは単なる補助的なもので

赤ちゃんが初めて立ち上がる時
支えるのと同じです

赤ちゃんが初めて立ち上がる時
支えるのと同じです

つまり こうです
ラットに脊髄損傷を与え

つまり こうです
ラットに脊髄損傷を与え

電気化学信号を使った
神経プロテーゼで

脊髄運動性神経回路を
機能できる状態にします

このロボットのお陰で
ラットが麻痺した足を

どのように動かしても
大丈夫なのです

どのように動かしても
大丈夫なのです

動くモチベーションのためには

スイスで最強の薬を使いました

おいしいスイスチョコレートです

（笑）

実は 最初の結果には
とても とても・・・

とっても 落胆させられました

彼女は最高の理学療法士ですが

ラットに 一歩を踏み出させるのに
大失敗しています

ラットに 一歩を踏み出させるのに
大失敗しています

５分前には 問題なく歩いていた
同じラットがです

５分前には 問題なく歩いていた
同じラットがです

私たちは 焦りを感じました

しかし ご存知のように科学者に
最も要求される資質は 忍耐力です

しかし ご存知のように科学者に
最も要求される資質は 忍耐力です

粘り強く 我々の理論に改良を重ね

何ヶ月もの訓練の後

麻痺したラットは
自分の意志で立ち

麻痺したラットは
自分の意志で立ち

自らご褒美に向かって
体重を支えて走ったのです

自らご褒美に向かって
体重を支えて走ったのです

これは 初めて見られた
足の随意運動で

これは 初めて見られた
足の随意運動で

全身麻痺モデル作成後
最初の回復への兆しでした

全身麻痺モデル作成後
最初の回復への兆しでした

実は・・・

（拍手）

ありがとう

それに ラットが自分の意志で
平地を歩き続けただけでなく

それに ラットが自分の意志で
平地を歩き続けただけでなく

足の動きを調節する事もできたのです

例えば 階段を登るために

重力に逆らいました

これは 本当に研究室における
感動的な瞬間でした

これは 本当に研究室における
感動的な瞬間でした

この目標に到達するまで
10年努力してきたのです

この目標に到達するまで
10年努力してきたのです

しかし 残った問題は
この仕組みです

なぜ こんなことが可能なのでしょう?

実は 私たちが発見した事は
まったく予期せぬものでした

実は 私たちが発見した事は
まったく予期せぬものでした

この画期的な訓練によって

脳が新しい回路を
作れるようになったのです

ある種のリレー回路で

脳からの情報をリレーして

損傷部を通り その下の運動神経回路の
皮質制御を復元したのです

損傷部を通り その下の運動神経回路の
皮質制御を復元したのです

その一つの例が これです

脳から来ている線維を
赤にしてあります

青いニューロンが
運動中枢につながっています

このシナプス接合の集まりが
意味することは

このシナプス接合の集まりが
意味することは

脳はたった１つのリレーニューロンで
運動中枢に再接続しているということです

脳はたった１つのリレーニューロンで
運動中枢に再接続しているということです

しかし この再構築は
損傷部分に限られていませんでした

しかし この再構築は
損傷部分に限られていませんでした

脳幹を含む中枢神経組織に渡っても
起こっていて

脳幹を含む中枢神経組織に渡っても
起こっていて

脳からくる線維の密度が
最大 300％も上昇していました

脳からくる線維の密度が
最大 300％も上昇していました

脊髄自体を修復するのが
目的ではありませんでしたが

受損した 大人のほ乳類の
中枢神経組織に

受損した 大人のほ乳類の
中枢神経組織に

これ程の軸索投射の
再構築に成功したのは

これ程の軸索投射の
再構築に成功したのは

稀な事です

この発見には
隠れた重要なメッセージがあります

この発見には
隠れた重要なメッセージがあります

それは 才能ある若いチームの功績です

それは 才能ある若いチームの功績です

理学療法士 神経生物学者
神経外科医

様々なジャンルの技師たち

一人では決して成し遂げられなかった事を
共に達成しました

一人では決して成し遂げられなかった事を
共に達成しました

まさに専門分野を超えたチームです

密接な共同作業の中

専門知識を共有し合ったので

実験での発見を
実践的に応用出来る

実験での発見を
実践的に応用出来る

新世代の医学士と技師が
生まれているのです

新世代の医学士と技師が
生まれているのです

私の役目は？

私はこの美しいオーケストラの
指揮者に過ぎません

さて 皆さんは
こう思っているでしょう

これで患者を助けられるのか？

私も毎日 考えています

正直に言うと 私たちには
分らない事がまだ一杯です

これは 確かにまだ脊随損傷の
治療にはなりません

しかし これが脊損からの回復や
患者の生活を改善することにー

しかし これが脊損からの回復や
患者の生活を改善することにー

役立つと私は信じています

ちょっと私と一緒に
空想してみて下さい

ちょっと私と一緒に
空想してみて下さい

脊髄損傷を負った直後の人を
想像してください

回復期 数週間目に

脊髄に直接 薬剤を送れるよう

プログラムで制御されたポンプを
埋め込みます

プログラムで制御されたポンプを
埋め込みます

同時に 電極アレイも組み込みます

足の動きを管理する 脊髄のエリアを
カバーする皮膚のようなものです

足の動きを管理する 脊髄のエリアを
カバーする皮膚のようなものです

この電極アレイは
電子パルス発生器につながっており

その人に必要な程度の
刺激を与えます

その人に必要な程度の
刺激を与えます

これが個別化された
電気化学神経プロテーゼで

新たな補助システムを使った
リハビリで歩行を可能にします

新たな補助システムを使った
リハビリで歩行を可能にします

私の望みでは
数ヶ月のリハビリの後

受損後の回路が
十分に再形成され

ロボットなしで
動けるようになることです

薬や刺激を与えなくても
いいかもしれません

今 私がしようとしているのは

脳や脊髄の柔軟性を高めるために

個別化された環境を作ることです

個別化された環境を作ることです

これは画期的な考えであり

他の神経障害にも
適用できるかもれません

これは “個別化神経プロテーゼ”と
私が 呼ぶもので

感知し刺激することにより
修復を促すインターフェイスを

脳や脊髄そして末端神経まで
神経組織全体に埋め込みます

脳や脊髄そして末端神経まで
神経組織全体に埋め込みます

脳や脊髄そして末端神経まで
神経組織全体に埋め込みます

患者それぞれの損傷に
合わせたものです

しかし 失われた機能を
置き換えるのではありません

脳が 自ら回復できるよう
手助けをするのです

想像をかき立てられたでしょうか

この革命は
「起きるかどうか」ではなく

この革命は
「起きるかどうか」ではなく

「いつ起こるか」です

心の思い描けないものは
実現できません

大きく夢見ることが大切なのです

ありがとうございました

（拍手）