De verlamde rat die ging lopen

Ruggenmergletsel kan de communicatie tussen je hersens en je lichaam verbreken, wat leidt tot verlamming. Recht vanuit zijn laboratorium demonstreert Grégoire Courtine een nieuwe methode - een combinatie van medicatie, elektrische stimulatie en een robot - die de zenuwbanen kan reactiveren en het lichaam kan helpen zichzelf weer voort te bewegen. Kijk hoe het werkt, terwijl een verlamde rat weer kan rennen en traplopen.

Ik ben neurowetenschapper,

op het gebied
van zowel natuur- als geneeskunde.

Mijn laboratorium in het Zwitserse Federale Instituut
voor Technologie

specialiseert zich in dwarslaesie.

Dit treft wereldwijd jaarlijks

meer dan 50.000 mensen,

met dramatische consequenties
voor de getroffenen,

wier leven in luttele seconden

letterlijk wordt verbrijzeld.

Christopher Reeve, de 'man van staal',

is er het best in geslaagd

om de aandacht te vestigen

op het leed van deze groep mensen.

Dat leidde tot mijn persoonlijke reis

binnen dit onderzoeksveld,

in samenwerking met de
'Christopher en Dana Reeve Stichting'.

Ik kan me het beslissende moment
nog goed herinneren.

Het was aan het einde van een gewone werkdag
bij de stichting.

Het was aan het einde van een gewone werkdag
bij de stichting.

Chris richtte zich tot ons
wetenschappers en experts:

'Jullie moeten pragmatischer zijn.

Ik wil dat je morgen, na je werk op het laboratorium,

bij het revalidatiecentrum langsgaat.

Observeer de patiënten

die vechten voor iedere stap,

worstelend om zich staande te houden.

En als je naar huis gaat,

bedenk dan wat je de volgende dag in je onderzoek

gaat veranderen om hun leven te verbeteren.'

Deze woorden bleven me bij.

Dat was meer dan 10 jaar geleden,

maar sinds die tijd houdt mijn laboratorium zich aan

de pragmatische aanpak van het

herstelproces na een dwarslaesie.

Mijn eerste stap in die richting

was de ontwikkeling
van een nieuw dwarslaesie-model,

met een verbeterde imitatie van de hoofdkenmerken
van een verwonding,

onder goed-gecontroleerde experimentele
omstandigheden.

Daartoe plaatsten we 2 hemisecties

aan weerskanten van het lichaam.

Daardoor wordt de communicatie tussen hersens

en ruggenmerg volledig verbroken,

zodat er een volledige en permanente verlamming

van het been optreedt.

Maar observatie wees uit,
dat in de meeste letselgevallen

een deel van het zenuwweefsel intact blijft

en daardoor mogelijkheid tot herstel.

Maar hoe bereik je dat?

De gebruikelijke aanpak

bestaat uit een behandeling

die de aangroei van het beschadigde weefsel

aan het oorspronkelijke onderdeel bevordert.

Hoewel dit zeker de sleutel tot herstel moest blijven,

leek het me toch uiterst gecompliceerd.

Het was duidelijk dat ik,

om snel klinisch resultaat te bereiken,

het probleem anders zou moeten benaderen.

Het bleek dat meer dan 100 jaar aan onderzoek

naar de fysiologie van dwarslaesie

- vanaf Nobelprijswinnaar Sherrington -

had uitgewezen dat het ruggenmerg

had uitgewezen dat het ruggenmerg

voldoende neuraal netwerk bevat

om de voortbeweging te coördineren.

Als de informatie uit de hersens echter
wordt onderbroken,

is dat netwerk niet meer functioneel,
staat in de slaapstand.

Mijn idee: we maken dit netwerk wakker.

In die tijd deed ik een postdoctorale opleiding
in Los Angeles,

na het behalen van mijn doctoraal in Frankrijk,

waar onafhankelijk denken

niet bepaald wordt aangemoedigd.

(Gelach)

Ik zag ertegenop om mijn nieuwe baas
aan te spreken,

maar besloot mijn moed bij elkaar te rapen.

Ik klopte aan bij mijn fantastische begeleider,
Reggie Edgerton,

om mijn nieuwe idee voor te leggen.

Hij luisterde aandachtig

en reageerde met een grijns.

'Waarom probeer je het niet?'

Ik kan jullie verzekeren

dat dit een heel belangrijk moment
in mijn carrière was.

Ik besefte dat de grote man aan de top

openstond voor jonge mensen en nieuwe ideeën.

Dit was mijn idee:

- ik zal een eenvoudige metafoor gebruiken

om dit gecompliceerde concept uit te leggen -

stel je voor dat het bewegingsapparaat een auto is.

De motor is het ruggenmerg.

De transmissie wordt onderbroken, de motor slaat af.

Hoe krijgen we de motor weer aan de gang?

Eerst moeten we brandstof toedienen.

Ten tweede het gaspedaal indrukken.

Ten derde de auto besturen.

Tijdens de beweging wordt die rol vervuld
door al bekende zenuwbanen

Tijdens de beweging wordt die rol vervuld
door al bekende zenuwbanen

die komen vanuit de hersens.

Mijn idee: vervang de ontbrekende toevoer
naar het ruggenmerg door

Mijn idee: vervang de ontbrekende toevoer
naar het ruggenmerg door

iets wat de hersens van nature zouden leveren,
om toch te kunnen lopen.

iets wat de hersens van nature zouden leveren,
om toch te kunnen lopen.

Ik maakte daarvoor gebruik van 20 jaar neurowetenschappelijk onderzoek.

Eerst om de ontbrekende brandstof te vervangen
door farmacologische middelen,

Eerst om de ontbrekende brandstof te vervangen
door farmacologische middelen,

die de neuronen in het ruggenmerg aanzetten
tot ontbranding.

Ten tweede om met elektrische stimulatie
het gaspedaal na te bootsen.

Ten tweede om met elektrische stimulatie
het gaspedaal na te bootsen.

Denk aan een elektrode die wordt geïmplanteerd

aan de achterkant van het ruggenmerg

voor de aanvoer van pijnloze stimulatie.

Het duurde jaren, maar uiteindelijk ontwikkelden we
een elektrochemische neuroprothese,

Het duurde jaren, maar uiteindelijk ontwikkelden we
een elektrochemische neuroprothese,

die het neurale netwerk in het ruggenmerg
omzette van slapend in zeer functioneel.

die het neurale netwerk in het ruggenmerg
omzette van slapend in zeer functioneel.

De verlamde rat gaat ogenblikkelijk staan.

Zodra de loopband start,

zie je een gecoördineerde beenbeweging bij het dier,

maar niet vanuit de hersens.

Dit is de cognitieve verwerking van sensorische
informatie, door het 'ruggenmergbrein'.

Dit is de cognitieve verwerking van sensorische
informatie, door het 'ruggenmergbrein'.

Het begint in het bewegende been en bepaalt
hoe de spier geactiveerd wordt,

Het begint in het bewegende been en bepaalt
hoe de spier geactiveerd wordt,

om te kunnen staan, lopen, rennen

en zelfs, zoals hier, vanuit sprint

ogenblikkelijk stil te staan

als de loopband wordt stilgezet.

Dit was niet te geloven.

Ik was totaal gefascineerd door de beweging die
zonder de hersens tot stand kwam,

Ik was totaal gefascineerd door de beweging die
zonder de hersens tot stand kwam,

maar tegelijkertijd zo gefrustreerd.

De beweging was geheel onvrijwillig.

Het dier had vrijwel geen controle over zijn benen.

Het was duidelijk dat het besturingssysteem ontbrak.

Toen werd me duidelijk

dat we af moesten

van het gebruikelijke revalidatiemethode:

het lopen op een band.

We moesten condities ontwikkelen om

de hersens een begin van vrije controle
over het been te geven.

Met het oog hierop ontwikkelden we
een totaal nieuw robotsysteem,

om de rat in alle gewenste richtingen
te ondersteunen.

om de rat in alle gewenste richtingen
te ondersteunen.

Stel je eens voor hoe cool dat is.

Beeld je in dat het ratje van 200 gram

verbonden is met de 200 kilo zware robot,

maar de robot niet voelt.

De robot is transparant

en ondersteunt hem alsof hij een jong kind is,

dat zijn eerste onzekere stappen zet.

Samenvattend: bij de rat werd een dwarslaesie
veroorzaakt.

Samenvattend: bij de rat werd een dwarslaesie
veroorzaakt.

De elektrochemische neuroprothese bracht

de netwerken van de wervelkolom
in een hoog-functionele staat.

De robot bood de veilige omgeving

waarbinnen de rat alles kon proberen

om de verlamde benen tot actie aan te zetten.

Als motivatie gebruikten we het naar mijn idee

krachtigste Zwitserse medicijn:

fijne Zwitserse chocolade.

(Gelach)

Helaas waren de eerste resultaten
zeer teleurstellend.

Helaas waren de eerste resultaten
zeer teleurstellend.

Hier zie je mijn beste fysiotherapeut,

die er niet in slaagt om de rat zelfs maar

een enkele stap te laten doen.

Terwijl diezelfde rat, 5 minuten daarvoor,

prachtig liep op de loopband.

We waren zo gefrustreerd.

Maar een van de meest essentiële kwaliteiten

van een wetenschapper is vasthoudendheid.

We gaven niet op. We verfijnden onze methode

en na een training van enkele maanden

kon de verlamde rat staan.

Op de momenten dat zij het wilde,

kon ze haar volle gewicht dragen

en een spurt maken naar de beloning.

Voor het eerst werd herstel
van de vrije loopfunctie geobserveerd

Voor het eerst werd herstel
van de vrije loopfunctie geobserveerd

na het experimenteel veroorzaken

van een complete, permanente dwarslaesie.

Bovendien...

(Applaus)

Bedankt.

Bovendien had de rat meer mogelijkheden

dan voortbeweging op de grond.

De beenbeweging kon worden aangepast,

bijvoorbeeld om de zwaartekracht te trotseren

bij het beklimmen van een trap.

Geloof me, dit was voor mijn laboratorium
een zeer emotioneel moment.

Geloof me, dit was voor mijn laboratorium
een zeer emotioneel moment.

We hebben er 10 jaar hard voor moeten werken

om dit doel te bereiken.

Maar de vraag bleef, hoe?

Ik bedoel, hoe was dit mogelijk?

We ontdekten hier iets volkomen onverwachts.

We ontdekten hier iets volkomen onverwachts.

De hersens werden
door deze nieuwe trainingsmethode

gestimuleerd om nieuwe verbindingen te maken -

een aantal geschakelde circuits

die informatie van het brein om het letsel heenleiden

en de corticale controle herstellen
van dat deel van het

motorisch netwerk dat lager ligt dan het letsel.

Hier zie je zo'n voorbeeld, waar de vezels

die vanuit het brein komen rood zijn gekleurd.

Het blauwe neuron is verbonden met het
motorisch centrum.

Door deze constellatie van synaptische verbindingen

Door deze constellatie van synaptische verbindingen

maken de hersens weer contact
met het motorisch centrum,

met behulp van slechts een schakelneuron.

De reconstructie beperkte zich echter niet
tot het gebied van de dwarslaesie.

De reconstructie beperkte zich echter niet
tot het gebied van de dwarslaesie.

Het openbaarde zich
in het hele centrale zenuwstelsel,

inclusief de hersenstam.

Daar zagen we tot wel 300% toename

van de vezeldichtheid vanuit de hersens.

Herstel van het ruggenmerg was niet ons doel.

Toch kwam het tot een van de meest uitgebreide
herzieningen van axonale projecties,

Toch kwam het tot een van de meest uitgebreide
herzieningen van axonale projecties,

die ooit in het door letsel aangetaste zenuwstelsel

van een volwassen zoogdier bestudeerd zijn.

van een volwassen zoogdier bestudeerd zijn.

De boodschap achter deze ontdekking
is zeer belangrijk.

De boodschap achter deze ontdekking
is zeer belangrijk.

Het is het resultaat van een jong team

van uiterst getalenteerde mensen:

fysiotherapeuten, neurobiologen, neurochirurgen

en verschillende ingenieurs.

Zij bereikten samen waar zij alleen

nooit toe in staat zouden zijn geweest.

Het is een echt transdisciplinair team.

Ze werken zo nauw samen

dat er een horizontale overdracht van DNA ontstaat.

We creëren de volgende generatie

artsen en ingenieurs,

die uitvindingen kunnen vertalen

van de theorie naar de praktijk.

En ik?

Ik ben slechts de orkestrator van deze
prachtige symfonie.

Nu willen jullie natuurlijk allemaal weten of

gehandicapte mensen hiermee geholpen zijn.

Ik vraag het me ook iedere dag weer af.

Helaas weten we er nog niet genoeg over.

Het is zeker geen geneesmiddel voor dwarslaesie,

maar ik begin te geloven dat dit misschien

de weg is naar een behandeling die het herstel

en de levenskwaliteit van mensen verbetert.

Ik wil jullie vragen om een moment

met me mee te dromen.

Stel je een patiënt voor die onlangs
een dwarslaesie opliep.

Een paar weken later

implanteren we een programmeerbare pomp,

die een persoonsgebonden farmacologische cocktail

direct in het ruggenmerg spuit.

Tegelijkertijd implanteren we een reeks elektrodes.

Een soort tweede huid

voor het ruggenmerggebied
dat de beenbeweging aanstuurt.

Die elektrodes zijn verbonden
met een elektrische pulsgever,

die stimulaties geeft die zijn aangepast aan

de persoonlijke behoeftes.

Dit is de omschrijving van een gepersonaliseerde
elektrochemische neuroprothese,

die beweging tijdens de training met een

nieuw model ondersteuningssysteem mogelijk maakt.

Ik hoop dat er na enkele maanden van training

genoeg resterende verbindingen zijn omgevormd,

om te kunnen bewegen zonder hulp van een robot.

Misschien zelfs zonder hulp
van farmacologie of stimulatie.

Ik hoop dat we in staat zijn

om de gepersonaliseerde condities te scheppen,

waaronder de plasticiteit van de hersens

en het ruggenmerg een stimulans krijgt.

Dit is een vergaand vernieuwend concept,

dat misschien ook bij andere neurologische
stoornissen kan worden toegepast.

Wat ik noem de 'gepersonaliseerde neuroprotheses',

die neurologische verbindingen stimuleren,

door implantaties in het hele zenuwstelsel,

de hersens, het ruggenmerg,

zelfs in de perifere zenuwen,

gebaseerd op patiënt-specifieke beperkingen.

Maar niet als vervanging van de verloren functie.

Nee, om de hersens zichzelf te laten helpen.

Ik hoop dat jullie verbeelding geprikkeld is,

want ik kan je verzekeren

dat de vraag niet is,
òf deze revolutie er komt,

maar wanneer.

Bedenk wel, we zijn slechts zo groots

als onze verbeelding en zo groot als onze droom.

Bedankt.

(Applaus)