موش فلجی که راه رفت

من یک عصب شناس هستم که پیش زمینه هایی ترکیبی در فیزیک و داروشناسی دارم. آزمایشگاه من در مؤسسه ی تکنولوژی سوئیس فدرال، بر روی آسیب های نخاعی تمرکز کرده است، که سالانه بیش از ۵۰٫۰۰۰ نفر در سراسر جهان به آن دچار می شوند، که عواقب دردناکی را برای آنان در پی دارد، و زندگیشان را در عرض چند ثانیه نابود می کند.
و برای من، مرد فولادی، کریستوفر ریو، بیشترین آشنایی را با دردی که کسانی که دچار آسیب نخاعی شده اند تحمل می کنند، دارد. و من این طور تجربه ی شخصیم را در این زمینه ی تحقیقاتی، با کار در مؤسسه ی کریستوفر و دانا ریو شروع کردم.
من هنوز آن لحظه ی سرنوشت ساز را به یاد می آورم. یادم می آید تنها پایان یک روز کاری معمولی در مؤسسه بود. یادم می آید تنها پایان یک روز کاری معمولی در مؤسسه بود. کریس به ما، دانشمندان و متخصصان گفت، "شما باید عملی تر رفتار کنید. وقتی که فردا آزمایشگاهتان را ترک می کنید، می خواهم کنار مرکز توانبخشی توقف کنید و افراد آسیب دیده ای را که برای برداشتن یک قدم می جنگند و می خواهند بدنشان را ترمیم کنند، ببینید. و وقتی به خانه می روید، به این فکر کنید که از فردا چه تغییری در تحقیقاتتان ایجاد خواهید کرد تا زندگی آن ها را بهتر کنید."
این کلمات، در ذهن من ثبت شدند. این حرف بیشتر از ۱۰ سال پیش به من گفته شد، اما تا به امروز، آزمایشگاه من روشی عملی را برای توانبخشی بیماران پس از دیدن آسیب نخاعی دنبال می کند. و اولین قدم من در این مسیر تعریف مدل جدیدی از آسیب نخاعی بود که برخی از ویژگی های کلیدی آسیب نخاعی انسان را بهتر تقلید کند و در ضمن، شرایط عملی قابل کنترلی را پیشنهاد کند. و برای این هدف، ما از دو جهت عکس هم نخاع را تا نیمه دچار آسیب کردیم. آن ها به طور کلی ارتباط میان مغز و نخاع را مختل می کردند، آن ها به طور کلی ارتباط میان مغز و نخاع را مختل می کردند، که منجر به فلج کامل و دائمی پاهای موش می شد. که منجر به فلج کامل و دائمی پاهای موش می شد. اما، همان طور که پیش از این مشاهده شده بود، بعد از غالب آسیب ها در انسان، بخش واسطه ای از بافت عصبی بنیادی تشکیل می شود، که از طریق آن توانبخشی ممکن می شود. (نخاع این طور نیست) اما چگونه چنین چیزی ممکن می شود؟
خب، روش معمول آن شامل تزریق بخش واسطه ای است که فیبر های بریده شده را برای رسیدن به هدف اصلی رشد می دهد. و وقتی به این نتیجه رسیدم که این به طور قطع روشی کلیدی برای درمان این مشکل است، انجام این کار به نظرم فوق العاده پیچیده آمد. برای این که به سرعت در مرحله ی کلینیکی به نتیجه برسیم، می دانستم باید چه کار کنم: باید از دیدگاه دیگری به مشکل نگاه می کردم.
مشخص شد که بیش از ۱۰۰ سال تحقیق بر روی فیزیولوژی نخاع، مشخص شد که بیش از ۱۰۰ سال تحقیق بر روی فیزیولوژی نخاع، که با داده شدن جایزه ی نوبل شرینگتون شروع شد، نشان داده بود که نخاع، حتی اگر شدید ترین آسیب ها را دیده باشد، تمامی شبکه های عصبی لازم و کافی را برای هماهنگ کردن جابه جایی سیگنال های عصبی دارد، اما چون اطلاعات فرستاده شده از مغز دچار آسیب می شوند، در حالت بی استفاده ای قرار می گیرند، انگار دچار نوعی خواب شده باشند. ایده ی من این بود: ما این شبکه را بیدار خواهیم کرد.
و در آن زمان، من یک دانشجوی فوق دکترا در لس آنجلس بودم، که تازه دوره ی دکترایم را در فرانسه به پایان رسانده بودم، جایی که روش فکر مستقل، الزاماً مورد تشویق قرار نمی گیرد. (خنده ی حاضرین) من از صحبت کردن با رئیس جدیدم می ترسیدم، اما تصمیم گرفتم که با شجاعت تمام جلو بروم. در دفتر مشاور بی نظیرم، "رگی اگرتون" را زدم، تا با او درباره ی ایده ی جدیدم صحبت کنم.
او با دقت به من گوش کرد، و با لبخندی به من جواب داد. "چرا یک امتحان نمی کنی؟"
و قسم می خورم، این یکی از مهم ترین لحظات برای من در انجام این کار بود، وقتی که فهمیدم رئیس بزرگ افراد جوان و ایده های جدید را باور دارد.
و این ایده ی من بود: برای این که این اصل پیچیده را برای شما توضیح دهم، می خواهم از یک مثال ساده شده استفاده کنم. تصور کنید که سیستم حرکتی ما یک ماشین است. موتور آن نخاع است. و قسمت انتقال نیرو دچار مشکل شده است. موتور خاموش شده است. چگونه می توان دوباره موتور را روشن کرد؟ اول از همه، ما باید به اندازه ی کافی به آن سوخت برسانیم؛ دوم، پدال گاز را فشار دهیم؛ و سوم، ماشین را هدایت کنیم. ما فهمیدیم که مسیر های عصبی شناخته شده ای از طرف مغز وجود دارند که ما فهمیدیم که مسیر های عصبی شناخته شده ای از طرف مغز وجود دارند که این نقش را در حین حرکت کردن ایفا می کنند. ایده ی من این بود: مسیر از دست رفته را جایگزین کن تا نخاع را با نوعی بخش واسطه ترمیم کنی تا نخاع را با نوعی بخش واسطه ترمیم کنی تا مغز برای راه رفتن بتواند اطلاعات را به صورت طبیعی ارسال کند.
برای این کار، من از ۲۰ سال تجربه ی پیشینم در تحقیق درباره ی عصب شناسی استفاده کردم، اول برای جایگزین کردن سوخت گمشده با عوامل دارویی تا نورون های درون نخاع را برای فعال شدن آماده کنند، و در مرحله ی دوم، تقلید از پدال گاز با تحریک الکتریکی. الکترودی را تصور کنید که در پشت نخاع تعبیه شده باشد تا بدون ایجاد هیچ دردی آن را به صورت الکتریکی تحریک کند. این کار چند سال زمان برد، اما نهایتاً ما یک مسیر عصبی مصنوعی الکتروشیمیایی درست کردیم تا شبکه ی عصبی درون نخاع را از قسمت از کار افتاده، تا قسمتی که کاملاً فعال است ادامه دهد. بلافاصله، موش فلج توانست بایستد. به محض این که تسمه ی تردمیل شروع به چرخیدن کرد، موش شروع به انجام حرکات هماهنگ پا هایش کرد، اما بدون استفاده از مغز. این چیزی که من به آن می گویم "مغز نخاعی" اطلاعات مربوط به احساسات دریافتی فرستاده شده از طرف پای در حال حرکت را به صورت ذهنی تحلیل می کند و در مورد نحوه ی فعال کردن ماهیچه جهت ایستادن، راه رفتن، دویدن، و در مورد نحوه ی فعال کردن ماهیچه جهت ایستادن، راه رفتن، دویدن، و حتی در این جا، زمانی که موقع دویدن، در صورت از کار افتادن تردمیل ناگهان می ایستد، تصمیم می گیرد.
این شگفت انگیز بود. من بسیار از این نحوه ی حرکت بدون استفاده از مغز شگفت زده شده بودم، اما هم زمان فوق العاده ناامید شدم. این حرکات کاملاً غیر ارادی بودند. آن حیوان در این سیستم هیچ کنترلی بر روی پاهایش نداشت. به وضوح، سیستم هدایتی وجود نداشت. و بعداً این برای من مشخص شد که، ما باید مسیرمان را از الگوی کلاسیک توانبخشی، ما باید مسیرمان را از الگوی کلاسیک توانبخشی، یعنی راه رفتن بر روی تردمیل، تغییر دهیم، و شرایطی را فراهم کنیم که مغز را تشویق کند تا کنترل ارادی را بر روی پا آغاز کند.
با این ایده، ما سیستم روبوتیک کاملاً جدیدی را برای آزاد گذاشتن موش برای راه رفتن در تمامی جهت ها ساختیم. تصور کنید، این واقعاً جالب است. تصور کنید این روبات عظیم ۲۰۰ کیلویی، به عنوان بخشی از بدن این موش ۲۰۰ گرمی کوچک به او متصل شده است، اما موش نمی تواند روبات را احساس کند. روبات نامرئی است، دقیقاً مثل این که شما بخواهید بچه ی کوچکی را موقع برداشتن اولی قدم های لرزانش نگه دارید.
اجازه بدهید به طور خلاصه مرور کنم: آن موش آسیبی به نخاعش وارد شد که او را فلج کرد. مسیر عصبی مصنوعی الکتروشیمیایی قسمت فعال شبکه های حرکتی نخاعی را فعال کرد. و روبات محیطی امن را فراهم کرد تا موش بتواند به هر چیزی جذب بشود تا پاهای فلجش را درگیر کند. و برای این تحریک، ما از چیزی استفاده کردیم که فکر می کنم قوی ترین محصول دارویی سوئیس باشد: شکلات مرغوب سوئیسی.
(خنده ی حاضرین)
در واقع، نتایج اولیه خیلی خیلی خیلی ناامید کننده بودند. در واقع، نتایج اولیه خیلی خیلی خیلی ناامید کننده بودند. این بهترین پزشک کاردرمانی بود که در اختیار داشتم او در تشویق موش در برداشتن حتی یک قدم به طور کامل شکست خورد، او در تشویق موش در برداشتن حتی یک قدم به طور کامل شکست خورد، در حالی که همان موش، پنج دقیقه قبل، به طور زیبایی بر روی تردمیل راه می رفت. ما خیلی ناامید شدیم.
اما می دانید، یکی از الزامی ترین ویژگی های یک دانشمند پشتکار است. ما سماجت ورزیدیم. الگوی خودمان را تصحیح کردیم، و بعد از چند ماه آموزش، آن موش فلج می توانست بایستد، و هر وقت می خواست، با تمام بدن خود به سمت جایزه هایی که برایش گذاشته بودیم می دوید. با تمام بدن خود به سمت جایزه هایی که برایش گذاشته بودیم می دوید. این اولین توانبخشی انجام شده پس از وارد کردن آسیب نخاعی در آزمایشگاه، و منجر شدن آن به فلج کامل و دائمی است، که در آن پا به صورت ارادی حرکت می کند.
در حقیقت --
(تشویق حاضرین)
متشکرم.
در حقیقت، نه تنها موش توانست حرکت بر روی زمین را شروع کند و آن را ادامه دهد، بلکه حتی توانستیم میزان حرکت پا را تنظیم کنیم، به طور مثال، برای غلبه بر جاذبه به منظور بالا رفتن از یک راه پله. قسم می خورم که این صحنه از هیجان انگیز ترین لحظات در آزمایشگاه من بود. رسیدن به این هدف نتیجه ی ۱۰ سال کار سخت ما بود. رسیدن به این هدف نتیجه ی ۱۰ سال کار سخت ما بود.
اما سؤال باقیمانده این است که، چطور؟ منظورم این است که، این کار چطور ممکن شد؟ و در این جا، ما چیزی را فهمیدیم که برایمان کاملاً غیر منتظره بود. این الگوی آموزشی جدید ما مغز را تشویق می کرد تا روابط جدیدی بسازد، چند مدار تقویت کننده که اطلاعات فرستاده شده از طرف مغز را از قبل از قسمت آسیب دیده تقویت می کند و کنترل خارجی را بر روی شبکه های مربوط به حرکت واقع در قسمت آسیب دیده جبران می کند. و در این جا، می توانید یک نمونه از آن را ببینید، که ما در آن، فیبر هایی را که از طرف مغز می آیند با رنگ قرمز نشان داده ایم. این نورون آبی به مرکز حرکتی متصل است، و این تصویر از مسیر عصبی، که شبیه به صور فلکی است به این معناست که، مغز تنها با یک نورون تقویت کننده مجدداً با قسمت حرکتی ارتباط برقرار کرده است. مغز تنها با یک نورون تقویت کننده مجدداً با قسمت حرکتی ارتباط برقرار کرده است. اما این تغییر الگو تنها به ناحیه ی آسیب دیده محدود نماند. اما این تغییر الگو تنها به ناحیه ی آسیب دیده محدود نماند. بلکه تا سیستم مرکزی اعصاب، از جمله ساقه ی مغزی ادامه پیدا کرد، و ما در ساقه ی مغزی شاهد افزایش ۳۰۰ درصدی حجم فیبر های خروجی از مغز را داشتیم. ما نمی خواستیم نخاع را ترمیم کنیم، اما هنوز می توانستیم شاهد یکی از گسترده ترین تغییر الگو های قسمت اکسون (قسمت خروجی سیگنال نورون) که تا به حال مشاهده شده است در سیستم عصبی مرکزی یک پستاندار بالغ پس از آسیب دیدن باشیم.
و پیغام بسیار مهمی در ورای این کشف قرار دارد. این پیغام نتیجه ی گروهی جوان از افراد بسیار نخبه است: پزشک های کاردرمانی، عصب شناسان، جراحان اعصاب، و تمامی مهندسینی که، برای یک هدف دور هم جمع شدند، به چیزی دست یافتند که برای هر کدام از آن ها به تنهایی غیر ممکن بود. این گروه واقعاً اصول مشخصی دارد. آن ها چنان نزدیک به همدیگر کار می کنند که انگار دی اِن اِی های آن ها به هم متصل است. ما داریم نسل بعدی دانشمندان و مهندسان خود را ما داریم نسل بعدی دانشمندان و مهندسان خود را با توانایی ترجمه ی کامل اکتشافات، از یک رشته به رشته ی دیگر بار می آوریم. و من؟ من تنها رهبر ارکستری هستم که این سمفونی زیبا را هماهنگ کرده است.
اما مطمئنم که همه ی شما از خود می پرسید، آیا این اختراع به افراد آسیب دیده کمک خواهد کرد؟ این طور نیست؟ من هم همین طور، هر روز از خودم می پرسم. حقیقت این است که ما هنوز به اندازه ی کافی در این مورد نمی دانیم. مطمئناً این درمانی برای آسیب نخاعی نیست، اما من باور دارم که این اختراع می تواند واسطه ای برای ارتقاء توانبخشی و کیفیت زندگی مردم باشد.
من از همه ی شما می خواهم که برای چند لحظه با من تصور کنید. فردی را تصور کنید که از آسیب نخاعی رنج می برد. پس از چند هفته توانبخشی، ما یک پمپ قابل برنامه ریزی را برای تزریق یک محلول دارویی به محل آسیب دیده مستقیماً در نخاع او خواهیم کاشت. و هم زمان، ما یک مجموعه الکترود را، در قالب نوعی پوسته ی دوم بر روی قسمتی از نخاع که حرکات پا را کنترل می کند، در بدن او خواهیم کاشت، و این مجموعه الکترود به یک دستگاه فرستنده ی پالس متصل می شود و متناسب با نیاز های فرد، تحریک های الکتریکی را اعمال کند. این کار یک مسیر عصبی مصنوعی الکتروشیمیایی اختصاصی تعریف می کند که در حین آموزش دیدن با سیستم نگه دارنده ای که تازه طراحی شده است حرکت را ممکن می کند. و من امیدوارم که بعد از چند ماه آموزش، به قدر کافی در ارتباطات باقیمانده تغییر الگو داده شود، تا آن موش بدون کمک روبات توانایی حرکت داشته باشد، شاید حتی بدون استفاده از دارو یا تحریک الکتریکی. امیدوارم بتوانم شرایطی اختصاصی درست کنم تا انعطاف مغز و نخاع را ارتقاء دهم. و این یک اصل جدید نوآورانه است که ممکن است در مورد ناتوانی های عصبی دیگر اعمال شود، چیزی که من به آن "مسیر های عصبی اختصاصی" می گویم، بسته به مورد اختلال عصبی بیمار، از طریق احساس کردن و راه های تحریک سازی عصبی، آن را در سیستم عصبی، مغز، نخاع، آن را در سیستم عصبی، مغز، نخاع، و حتی در اعصاب جزئی تعبیه خواهم کرد. اما این کار به منظور جایگزینی ارتباط از دست رفته ی نخاعی نیست، نه -- بلکه برای این است که به مغز کمک کنیم، تا به خودش کمک کند.
و من امیدوارم که این ایده تخیل شما را برانگیخته کند، زیرا من به شما قول می دهم که بحث بر سر امکان رخ دادن چنین انقلابی نیست، بلکه بحث بر سر زمان آن است. و به خاطر بسپارید، ما به خوبی تصوراتمان هستیم، و به بزرگی رؤیا هایمان.
متشکرم.
(تشویق حاضرین)