Neurofisiología Experimental

Neurofisiología Experimental

Neurofisiología Experimental

 

Investigador Principal:

 

Dr. Juan Aguilar

Email: jdaguilar@sescam.jccm.es

 

El Grupo de Investigación de Neurofisiología Experimental tiene como línea principal de estudio los cambios que ocurren en la actividad neuronal de regiones cerebrales relacionadas con el procesamiento sensorial y sistema motor después de lesiones del sistema nervioso central (SNC). Así como la relación de las alteraciones neuronales en diferentes estructuras cerebrales con el desarrollo de patologías asociadas a la lesión medular. Y finalmente, los mecanismos celulares responsables de las alteraciones fisiológicas debidas a la pérdida de entradas sensoriales.

 

El grupo está liderado por el Dr. Juan Aguilar, experto en técnicas de neurofisiología para el estudio sistemas sensoriales y sistema motor. Sus trabajos abarcan la fisiología de diferentes estructuras cerebrales entre las que destacan el tálamo, la corteza cerebral, el hipocampo, núcleos de las columnas dorsales y formación reticular del tronco del encéfalo. Tiene experiencia investigadora con diferentes modelos animales como ratón, rata, gato y mono. El grupo de Neurofisiología Experimental mantiene colaboraciones activas con grupos nacionales e internacionales.

 

Desarrollo de nuestra actividad:

 

Nuestro grupo estudia la fisiología del sistema somatosensorial y motor (corteza somatosensorial primaria y motora y núcleos talámicos – VPL y POm) en condiciones fisiológicas y alteradas después de lesiones traumáticas de médula espinal y encéfalo. Nuestro objetivo es entender los procesos de plasticidad neuronal que producen la adaptación del sistema somatosensorial y motor, y finalmente del individuo. Los resultados podrán ayudar a encontrar nuevas dianas que permitan mejorar los tratamientos aplicados actualmente en la clínica para una rehabilitación funcional óptima. Además, nuestras investigaciones también están direccionadas a descifrar e identificar las alteraciones fisiológicas de la actividad neuronal en las estructuras supra-espinales que subyacen la aparición de patologías asociadas a lesiones traumáticas de médula, como son el dolor neuropático y la sensación de miembro fantasma. Finalmente, una parte de nuestro abordaje experimental se centra en la identificación de estructuras encefálicas y los tipos celulares con capacidad de crecimiento axonal a través de implantes de biomateriales a nivel medular.

 

Componentes del Grupo:

 

Juan de los Reyes Aguilar Lepe: Dr. en Ciencias Biológicas, programa de Neurociencias, Universidad de Santiago de Compostela 2002). Investigador Principal.

 

Elena Alonso Calviño: Científica de plantilla. Licenciada en Ciencias Ambientales (UCLM 2006). Máster en Prevención de Riesgos Laborales (Instituto de Formación Empresarial de Madrid 2007). Investigadora pre-doctoral.

 

María Elena Fernández López: Científica de plantilla. Licenciada en Ciencias Ambientales (UCLM 2008). Máster Universitario en Profesor de Educación Secundaria Obligatoria y Bachillerato, Formación Profesional y Enseñanza de Idiomas (UCLM 2011). Investigadora pre-doctoral.

 

Marta Zaforas Rodríguez: Dra. en Neurociencias (UCLM 2023). Máster en Neurociencias (Univ Pablo de Olavide 2016). Graduada en Biología (Univ Sevilla 2015). Investigadora post-doctoral.

 

Andrea Misol Ortiz: Graduada en Biología UCM (2020). Máster en Fisiopatología y Farmacología Celular y Molecular (Univ Salamanca 2021). Investigadora pre-doctoral.

 

Abordaje y técnicas experimentales utilizadas:

 

Para el desarrollo de nuestras líneas de investigación utilizamos tres abordajes experimentales:  1) in vivo, con animal anestesiado y despierto; 2) ex vivo, con rodajas de tejido cerebral mantenido fuera del individuo; 3) in vitro, cuando se estudian neuronas en cultivo.  

Tenemos experiencia en el uso de la mayoría de las técnicas de registro neuronal:

-Registro intracelular a nivel talámico y cortical en animal anestesiado (in vivo).

-Registro extracelular de canal único y multicanal, para estudios de LFP, actividad multiunitaria y célula única. Para aplicación tanto in vivo como ex vivo.

-Registros extracraneales para EEG y ECoG mediante implante de electrodos craneales y epidurales, en animal anestesiado y despierto.

-Electromiografía para potenciales motores evocados y estudio de reflejos espinales en animal anestesiado.

-Registro celular mediante path-clamp, en conformación de fijación de voltaje y fijación de corriente, para estudios ex vivo e in vitro.

-Manipulación de la actividad neuronal mediante estimulación eléctrica focalizada, técnicas de optogenética y farmacogenética. Para su aplicación en todos los abordajes experimentales: in vivo, ex vivo, in vitro.

-Además, realizamos estudios de comportamiento para análisis del sistema somatosensorial y sistema motor.

 

Publicaciones Seleccionadas

(*click en los investigadores del grupo para mas detalles sobre sus publicaciones y CVs)

 

1.- Alonso-Calviño E, Fernández-López E, Zaforas M, Rosa JM, Aguilar J*. (2023). Increased excitability and reduced GABAergic levels in somatosensory cortex under chronic spinal cord injury. Exp Neurol 369, 114504. doi: 10.1016/j.expneurol.2023.114504. IF: 5.33 Q1

 

2.- Miguel-Quesada C, Zaforas M, Herrera-Pérez S, Lines J, Fernández-López E, Alonso-Calviño E, Ardaya M, Soria FN, Araque A, Aguilar J*, Rosa JM*. (2023). Astrocytes adjust the Dynamic range of cortical network activity to control modality-specific sensory information processing. Cell Rep 42: 112950. doi.org/10.1016/j.celrep.2023.112950 IF:  9.42  D1.

 

3.- Soto-León V, Díez-Rodríguez E, Herrera-Péres S, Rosa JM, Aguilar J, Hernando A, Bravo-Sánchez C, López-González, Pérez-Borrego, Bestmann S, Oliviero A. (2023). Effects of transcranial static magnetic field stimulation over the left dorsal prefrontal cortex on random number generation. Clinical Neurophysiology 149:18-24. doi.org/10.1016/j.clinph.2023.02.163. IF: 3.75  Q1.

 

4.- Lines J, Baraibar AM, Frang C, Martin ED, Aguilar J, Lee MK, Araque A, Kofuji P. (2022). Astrocyte-neuronal network interplay is disrupted in Alzheimer’s disease mice. Glia 70(2):368-378  https://doi.org/10.1002/glia.24112 IF: 7.54  D1

 

5.- Dominguez-Bajo A, Rosa JM*, Gonzalez-Mayorga A, Rodilla BL, Arché-Núñez A, Benayas E, Ocón P, Pérez L, Camarero J, Miranda R, González MT, Aguilar J, López-Dolado E, Serrano MC. (2021). Nanostructured gold electrodes promote neural maturation and network connectivity. Biomaterials 279, Dec 2021 1121186  https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.121186 IF:12.4   D1.

 

6.- Zaforas M, Rosa JM, Alonso-Calviño E, Fernández-López E, Miguel-Quesada C, Oliviero A, Aguilar J*. (2021). Cortical layer-specific modulation of neuronal activity after sensory deprivation due to spinal cord injury. Journal of Physiology 599(20): 4643-4669. https://doi.org/10.1113/JP281901 IF:5.182 Q1.

 

7. Lines J, Martin ED, Kofuji P, Aguilar J*, Araque A. (2020). Astrocytes modulate sensory-evoked neuronal network activity. Nature Communications 11: 3689 doi.org/10.1038/s41467-020-17536-3   *corresponding IF 12.12 D1.

 

8.- Fernández-López E, Alonso-Calviño E, Humanes-Varela D, Foffani G, Aguilar J*. (2019). Slow-wave activity homeostasis in the somatosensory cortex after spinal cord injury.  Experimental Neurology. 322:113035 doi.org/10.1016/j.expneurol.2019.113035 IF: 4.56 Q1.

 

9. Humanes-Valera D, Foffani G, Alonso-Calviño E, Fenández-López E, Aguilar J*. (2017). “Dual cortical plasticity after spinal cord injury”. Cerebral Cortex 27(5):2926-2940   doi.org/10.1093/cercor/bhw142 IF 8.66 Q1.

 

10. Alonso-Calviño E, Martínez-Camero I, Fernández-López F, Humanes-Valera D, Foffani G, Aguilar J*. (2016). “Increased responses in the somatosensory thalamus immediately after spinal cord injury”. Neurobiology of Disease 87:39-49. doi.org/10.1016/j.nbd.2015.12.003 IF 5.078 Q1.

 

 

Líneas de Investigación:

 

Principales:

 

  1. Estudio de las alteraciones fisiológicas de los circuitos neuronales en la corteza somatosensorial y el tálamo que tienen relación con el desarrollo de patologías asociadas a la lesión medular.

 

  1. Identificación de tipos neuronales que lideran la reorganización cerebral después de una lesión medular, como nuevas dianas para dirigir la recuperación funcional.

 

  1. Manipulación de las dianas celulares identificadas en las estructuras cerebrales (tálamo y corteza cerebral) mediante técnicas de neuroestimulación no invasiva (tSMF, tDCS etc), optognética y farmacogenética, para actuar sobre los procesos de plasticidad neuronal con el fin de optimizar la recuperación funcional después de un daño medular.

 

Otras áreas/líneas de investigación (colaboraciones):

 

  1. Estudio de la conectividad neuronal a través de implantes de biomateriales para el tratamiento de la lesión medular. Colaboración con María Concepción Serrano López-Terradas, Instituto de Materiales de Madrid, CSIC.
  1. Estudio del papel de los astrocitos como moduladores de la actividad neuronal. Colaboración con el Dr. Alfonso Araque, University of Minnessota (USA).
  1. Efectos fisiológicos que tiene la Galectina-4 a nivel neuronal. Estudio en corteza cerebral e hipocampo. Colaboración con el Dr. José Abad, HNP.      
  1. Efectos del campo magnético estático como modulador de la epilepsia en modelos animales: farmacológico y genético. Colaboración con Dr. Casto Rivadulla, Universidad de A Coruña.

 

Proyectos en Curso:

 

Título: Piezo4Spine: Piezo-driven theramesh: A revolutionary multifaceted actuator to repair the injured spinal cord (GA No. 101098597). HORIZON-EIC-2022-PATHFINDEROPEN-01. Principal Investigator WP4 leader: Juliana M Rosa (in vivo evaluation); Co-Researcher Juan Aguilar. Hospital Nacional de Parapléjicos.  Start-End Date: 01/01/2023 – 31/12/2026.

 

Título: Papel de la poblaciones neuronales GABAergicas en la reorganización cortical después de una lesión medular. Entidad Financiadora: Ministerio de Ciencia e Innovación, PID2019-105020GB-100. Fecha: 2020-2023. Total 227.610 €

Investigador Principal: Juan de los Reyes Aguilar.

 

Proyectos Previos:

 

Los segmentos axonales no mielinizados como reguladores de la plasticidad axonal asociada a la memoria y el aprendizaje: Caracterización molecular y funcional en el hipocampo. Entidad Financiadora: Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha, SBPLY/17/180501/000250. Fechas: 2018-2021. Total: 138.259 €

Co-investigador principal: Juan de los Reyes Aguilar

 

Heterogeneidad espacial y temporal de la plasticidad neuronal provocada por una lesión medular en la corteza somatosensorial. Fechas: 2017-2019. Ref: BFU2016-80665-P. Ministerio de Economía y Competitividad. Gobierno de España. Total: 169.400 €

Investigador Principal: Juan de los Reyes Aguilar

 

Efectos fisiológicos inmediatos producidos por una lesión medular en el tálamo somatosensorial: Importancia de alteraciones del ritmo y sincronía. Fechas: 2013-2015. Ref. SAF2012-40109. Ministerio de Economía y Competitividad. Gobierno de España. Total:

Investigador Principal: Juan de los Reyes Aguilar