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让瘫痪的老鼠重新站起来

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    我是一名神经学家
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    同时有着医学和物理学背景
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    我的实验室隶属于瑞士联邦理工学院
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    专攻脊椎损伤研究
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    全球每天有超过5万的人
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    受到该伤病的影响
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    对于那些脊椎损伤的人来说
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    生活, 往往就在那么短短几秒钟
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    被完全摧毁
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    对于我而言, 是"钢铁英雄"
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    克里斯托弗·里夫
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    尽自己的努力唤醒人们
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    开始关注那些脊椎受伤的人
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    而我进入这个研究领域的缘起
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    第一次的接触
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    就源于与里夫夫妇基金的合作
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    我到现在都还记得那个决定性的时刻
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    那是一个再普通不过的一天的结尾
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    我在帮基金会工作
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    克里斯托弗对我们, 一群学者和技术专家说
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    "你们一定要专注实用价值"
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    "明天, 当你离开实验室的时候"
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    "我希望你们能去康复中心"
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    "看看那些伤者"
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    "如何费尽全力迈出一小步"
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    "如何努力保持自己的平衡"
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    "在你到家之后"
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    "仔细想想是否需要改变自己的研究方向"
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    "能够让他们的生活变得更美好一些"
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    这段话, 刻到我心里去了
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    十多年过去了
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    直到今天, 我的实验室还都在
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    坚持尝试用实用的方法
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    帮助脊椎损伤后恢复
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    我在这研究方向上
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    需要做的第一件事情就是建立一个新的模型
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    一个新的脊椎损伤模型, 能够很好的模拟出人类的损伤
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    同时也能够提供很好的实验控制环境
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    基于这个目标, 我们首先在身体的两侧
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    进行了两次半切操作
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    半切完全阻断了
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    大脑和脊髓的通信
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    导致了下肢永久性的
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    完全瘫痪
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    但是, 正如你们看到的, 对于大多数损伤
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    在神经需要进行修复的位置
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    周边的神经组织都是完好的
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    那么如何利用这一点?
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    经典的方法是
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    通过介入疗法
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    刺激被切断的神经纤维重新生长
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    拼接到切断前的位置
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    这依然是治疗的关键步骤
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    但对我而言实在是太复杂了
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    如果要尽早实现临床应用
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    那么很明显的
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    我需要换个角度来思考这个问题
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    脊髓外科的研究起始于谢林顿
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    一位诺贝尔奖得主
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    至今已经有一百多年的研究史
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    许多研究都证实
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    大多数受伤后的脊髓
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    包含了协调运动所需的
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    所有的神经网络
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    但是由于来自大脑的输入被切断了
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    这些神经网络进入了类似休眠的状态
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    我的想法是: 激活这些网络
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    当时我还只是加州大学洛杉矶分校的小小博士后
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    刚刚从法国博士毕业
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    这个身份其实并不是
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    太需要独立思考精神的
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    (笑声)
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    我一开始不敢跟我的新老板提这个想法
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    但是后来终于鼓足了勇气
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    我敲开了我导师的门, 说出了我的想法
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    我的导师, Reggie Edgerton, 他太好了
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    他仔细的听了我的想法
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    然后咧嘴一笑
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    "干嘛不试试？"
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    我要再三强调
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    这一刻在我职业生涯中有多重要
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    这一刻我意识到伟大的领导者
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    信任年轻人, 以及他们的新想法
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    这是我的想法:
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    我要用一个简单的比喻
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    来向你解释这个复杂的概念
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    假设运动神经系统是一辆汽车
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    引擎就是脊髓
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    变速箱坏了, 引擎熄火了
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    我们怎么把引擎重新打着？
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    首先, 我们要加好油
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    第二, 我们要踩油门
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    第三, 我们把握方向盘
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    研究人员已经发现了一些大脑发出的神经
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    在人的运动过程中承担着非常重要的
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    控制作用
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    我的想法: 代替联系不上的大脑
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    向脊髓发送神经信号
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    模拟大脑通过神经网络发出的信号
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    干预脊髓, 让下肢可以行走
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    我借助过去20年神经科学的研究成果实现这一点
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    首先是替换汽油
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    使用药理学方法
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    刺激脊椎神经细胞, 做好发送神经信号的准备
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    然后, 用电刺激来模拟
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    汽车的油门
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    你可以想象成
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    在脊髓后面植入两个电极
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    用于发送无痛的电刺激
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    虽然花了很多年, 但是最终我们还是
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    成功开发了一套电化学神经康复疗法
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    让受伤的脊髓中
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    已经冬眠的神经网络重新焕发生机
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    立竿见影的, 瘫痪的老鼠立刻站了起来
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    脚底下的跑步机一启动
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    老鼠的双腿就开始协调的运动起来
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    完全没有大脑参与
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    我将相关的神经命名为"脊髓脑"
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    它负责认知双腿传送上来的
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    各种运动相关的感觉
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    并且就肌肉如何运动做出决策
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    使老鼠能够站立, 行走和奔跑
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    甚至在冲刺的时候
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    能够做到
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    跑步机一停老鼠就停下来
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    这很神奇
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    当我看到这种没有大脑参与的运动时
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    我非常的开心
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    但是也感到非常的沮丧
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    这种运动完全是非自主的
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    小白鼠实际上并不能控制自己的腿
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    很显然, 还缺个方向盘
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    之后我就很清楚的认定
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    我们需要抛开过去的方式
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    创建一种新的康复治疗过程
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    将小白鼠放在跑步机上
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    同时创造一个环境, 这个环境能够激励
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    大脑去自发的控制下肢
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    基于这个想法, 我们开发了一个全新的装备
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    一个机械臂, 能够帮助老鼠
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    向任何一个方向运动
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    想象一下, 很棒的设计
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    想象一下这个不到两百克的小老鼠
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    被固定在将近200公斤的机械臂上
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    但是小老鼠完全感觉不到机械臂的存在
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    机械臂是感知不到的
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    就像是你撑着一个
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    蹒跚学步的婴儿一般
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    让我小结一下之前的内容
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    一个老鼠的脊髓被切断了
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    我们利用电化学神经康复疗法
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    将老鼠的脊髓运动神经网络激活
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    改进的机械臂提供一个安全的环境
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    使得老鼠瘫痪的双腿
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    可以做任何尝试
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    为了激励老鼠走起来, 我们使用了
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    我认为是瑞士最强有力的刺激药物——
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    优质的瑞士巧克力
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    (笑声)
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    但是, 初步的实验结果非常, 非常, 非常地
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    叫人失望
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    视频中是我们最好的理疗师
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    他也完全没有办法诱使老鼠
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    迈出一小步
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    而同样是这只老鼠, 5分钟前
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    还在跑步机上优雅的迈着步子
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    我们深受挫败
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    但是你也知道, 我们搞科学研究的, 最基本的素质
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    就是坚持不懈的精神
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    我们继续努力, 继续完善我们的方法
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    经过几个月的不断训练
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    一些瘫痪的老鼠能够自己站起来了
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    并且它可以按照自己的意愿
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    开始一种全速冲刺的姿态
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    冲向作为奖励的巧克力
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    这是迄今为止第一次
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    在实施了脊髓切断手术
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    导致完全和永久性的下肢瘫痪之后
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    第一次成功实现下肢的自主运动
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    事实上
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    (掌声)
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    谢谢
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    事实上, 这只老鼠不仅可以
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    在平地上启动并保持运动的状态
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    它们甚至可以调整自己的下肢运动
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    例如, 它们能够克服重力因素
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    在楼梯上爬上爬下
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    可以说, 当这一刻发生时
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    我们整个实验室的人都激动不已
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    我们花费了10年的辛苦努力
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    才做到这一点
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    接下来的问题是, "怎么做到的?"
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    我是说, 这怎么可能？
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    而这个问题的答案
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    完全出乎我们的意料
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    这个新的康复训练方式
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    刺激了大脑去生成新的神经连接
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    也就是一些传播网络
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    将大脑的神经信号
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    穿过受损的脊髓部分, 连接上新恢复的脊髓神经
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    最终连接上了受损脊髓下部的神经网络
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    你现在看到的这个例子中
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    红色的纤维就是从大脑发出的神经
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    蓝色的神经能够连接到运动中枢
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    看起来像是星座图
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    图中的连接表示的意思是
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    大脑与运动中枢通过这一个神经细胞
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    重新连接了起来
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    但是这种神经网络的改变
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    并不局限于此
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    在中枢神经系统中, 这种改变也在发生着
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    包括大脑内部的神经束
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    我们观察到大脑中相关的区域
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    运动纤维的密度增长了300%
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    我们并不是要将脊髓恢复原状
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    但是我们或许可以
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    在一个成年哺乳动物瘫痪之后
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    通过这种神经网络重构的方式
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    重建中枢神经系统中
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    的神经连接
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    这项发现的背后, 隐藏着一个
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    非常重要的事实
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    这是由许多有才华的人组成的年轻团队
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    合作努力的结果
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    理疗师, 神经生物学家, 神经外科医生
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    各种专业的工程师
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    他们一起工作
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    做出了个人无法做到的成果
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    这是一个真正的跨学科团队
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    我们工作中是如此的紧密
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    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)
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    我们正在培养下一代的
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    医学博士和工程师
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    他们有能力将自己的发现及成果
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    从实验室转化到病房中
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    我呢？
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    我只是这首美妙协奏乐章的指挥而已
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    现在, 我确定你们一定都在问
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    "这项技术能帮助人类么？"
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    其实我每天也都在问自己
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    而事实上，现在我们还都不那么清楚
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    这很显然并不能让断开的脊髓恢复如初
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    但是我逐渐相信, 或许我们
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    能够帮助受伤的人提高伤后恢复的效果
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    改善他们的生活质量
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    我邀请你们
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    花一点时间, 与我一起畅想一下
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    想象一个人刚刚经历了脊髓损伤
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    数周的恢复期之后
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    我们植入一个可编程的药泵
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    能够直接向脊椎注入药物, 药物的选择和配比
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    都是基于个人的情况定制的
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    同时, 我们会植入一个电极阵列
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    就像皮肤一样薄
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    覆盖控制下肢运动的脊髓位置
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    这个电极阵列连接到一个电脉冲发生器上
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    电脉冲发生器发出的刺激频率和模式
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    可以因人而异
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    这就构成了一个个性化的电化学神经康复治疗过程
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    能够在康复训练中, 借助一个
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    新的运动支持系统, 进行下肢的运动
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    我希望的是经过几个月的训练之后
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    大脑和脊髓中的神经网络重建能够
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    让人可以不借助辅助机械臂自由运动
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    甚至可能不再需要药物泵和电脉冲发生器
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    我的愿望是能够开发出
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    个性化的治疗手段
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    提高大脑和脊髓之间的
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    神经网络的可塑性
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    这是一个全新的概念
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    或许也可以应用到其它的神经障碍性疾病中
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    我提出了一种"个性化的神经假肢技术"
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    即根据病人自己的受损情况
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    在整个神经系统不同的位置植入电极
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    大脑中, 脊髓中
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    甚至周围神经中
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    感知并模拟神经刺激
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    我并不是要替换受损的功能, 不是的--
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    我是帮助大脑自我修复
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    我希望能够激发你们的想象
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    因为我敢保证
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    这场革命的问题, 不是能否发生
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    而是何时到来
  • 13:44 - 13:46
    请记住, 心有多大, 世界就有多大
  • 13:46 - 13:50
    思想有多远, 就能走多远
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    谢谢
  • 13:52 - 13:56
    (掌声)
Title:
让瘫痪的老鼠重新站起来
Speaker:
格雷瓜尔·库尔蒂纳
Description:

脊椎损伤可能会切断你的大脑与肢体的神经连接，导致瘫痪。格雷瓜尔·库尔蒂纳展示了一项他的实验室的最新成果——通过结合药物、电刺激和一个辅助机械臂—— 能够重新激活肢体中的神经回路并帮助身体重新学习行走。让我们来看看他是如何让一只已经瘫痪的老鼠，能够重新站起来甚至爬楼梯的。
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
14:23

Chinese, Simplified subtitles

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