Proyectos Externos
Investigación en Neurociencia
Proyecto Santiago Canals y Claudio Mirasso: Neuromodulación Profunda No Invasiva mediante Interferencia Temporal
El cerebro funciona gracias a la actividad coordinada de
millones de neuronas que se comunican entre sí mediante señales eléctricas
rítmicas. Estos “ritmos cerebrales” oscilan a distintas frecuencias y actúan
como un sistema de sincronización que permite que diferentes regiones trabajen
juntas de forma eficiente.
Cuando estos ritmos se alteran pueden aparecer dificultades
cognitivas como problemas de memoria, falta de atención o alteraciones en otras
funciones mentales. De hecho, en estudios experimentales con roedores se ha
comprobado que potenciar determinados ritmos cerebrales puede mejorar el
rendimiento en tareas de memoria y aprendizaje, lo que sugiere que estas
oscilaciones no solo reflejan la actividad cerebral, sino que también influyen
activamente en ella.
En los últimos años se han desarrollado técnicas de estimulación cerebral no invasiva, es decir, procedimientos que pueden aplicarse en humanos sin necesidad de cirugía, con el objetivo de modular estos ritmos. Sin embargo, las metodologías actuales actúan principalmente sobre las capas más superficiales del cerebro y apenas logran alcanzar estructuras profundas, como las implicadas en la memoria, lo que limita su eficacia para intervenir en procesos cognitivos complejos.
Este proyecto investiga una técnica emergente denominada interferencia temporal. Su planteamiento es innovador: aplicar desde el exterior del cráneo dos corrientes eléctricas de alta frecuencia que, por separado, no producen efectos apreciables sobre la actividad neuronal. Sin embargo, cuando ambas corrientes se superponen en una región concreta del cerebro, generan un ritmo de baja frecuencia capaz de modular la actividad de las neuronas.
En otras palabras, aunque cada corriente individual “pasa desapercibida”, su interacción en el interior del cerebro crea una señal efectiva justo en el punto donde coinciden. Este principio abre la posibilidad de estimular regiones profundas, como las implicadas en la memoria, sin necesidad de recurrir a procedimientos invasivos.
El trabajo se desarrolla en tres etapas complementarias:
– Primera etapa: validación experimental. Se estudiará el fenómeno en modelos animales para comprender con precisión cómo las corrientes atraviesan los distintos tejidos y cómo modulan la excitabilidad neuronal. Además, se evaluará de forma sistemática el impacto de distintos protocolos de estimulación sobre la frecuencia y la sincronización de la actividad cerebral.
– Segunda etapa: modelado computacional personalizado. Los resultados experimentales se integrarán en modelos computacionales avanzados (gemelos digitales) construidos a partir de técnicas de neuroimagen y electroencefalografía. Estos modelos permitirán simular la distribución de las corrientes y ajustar los parámetros de estimulación para optimizar su eficacia en cada individuo.
– Tercera etapa: traslación a humanos. Finalmente, el conocimiento experimental y computacional se transferirá al diseño de protocolos específicos de estimulación cerebral que puedan validarse en estudios con personas, garantizando criterios de seguridad, precisión y reproducibilidad.
En conjunto, el proyecto aspira a desarrollar una estrategia de neuromodulación segura y personalizable que contribuya a potenciar la función cognitiva de forma no invasiva.
Proyecto Ceferino Maestú: Modulación de la Proliferación Tumoral mediante Campos Magnéticos Bioactivos
El glioblastoma es el tumor cerebral primario más agresivo y común en adultos, asociado a un pronóstico devastador con una supervivencia media de 15 meses, ya que los tratamientos actuales (cirugía, radio y quimioterapia) son mayoritariamente paliativos y no curativos. Ante este desafío, el Laboratorio de Bioelectromagnetismo (CTB-UPM) propone investigar una estrategia terapéutica no invasiva basada en la estimulación magnética de baja frecuencia e intensidad.
La hipótesis central del estudio es que la aplicación de códigos bioactivos específicos de campo magnético puede modular las vías de señalización celular y reducir la proliferación tumoral en un modelo in vivo.
El proyecto se basa en resultados previos in vitro que demostraron la capacidad de estos campos para disminuir la viabilidad del glioblastoma en dos proyectos de la UPM igualmente financiados por la Fundación. La metodología empleará un modelo animal de ratón C57BL/6 implantado con células de glioblastoma. Los animales se dividirán en cuatro grupos experimentales (controles y tratados) y serán expuestos a un sistema de bobinas RILZ (patentado por la Fundación) que genera ondas cuadradas a 50 Hz con intensidades de 10, 25 y 100 µT. La evaluación de los resultados incluirá la medición del volumen tumoral, análisis histopatológicos para evaluar necrosis y proliferación, y estudios de biomarcadores bioquímicos. Se espera que este estudio valide una nueva modalidad de tratamiento capaz de frenar el crecimiento tumoral o inducir la muerte celular, sentando las bases para terapias oncológicas físicas de baja toxicidad.
Proyecto Javier de Felipe: Inteligencia y Microestructura Cerebral
La existencia de prodigios o personas normales, pero con habilidades extraordinarias para una o varias facetas del arte o la ciencia, es un hecho bien conocido que aparece de vez en cuando en el curso de la historia. Esta capacidad intelectual o artística superior ha atraído la atención de números científicos que intentan averiguar qué tiene de especial el cerebro de estas personas ya que existen individuos normales con cerebros muy grandes y otros de tamaño muy pequeño con capacidades cognitivas similares, cuyas diferencias pueden ser de hasta un 50 % o más de masa cerebral. En otras palabras, las diferencias en miles de millones de neuronas y de sinapsis no tienen aparentemente importancia funcional. Sin embargo, esto no puede ser una explicación, ya que, si un individuo normal pierde la mitad de su masa cerebral, las consecuencias son catastróficas.
Entonces, ¿qué es lo que determina que una persona sea más inteligente, o un genio de la música, la pintura, la literatura, etc.? Puesto que la complejidad del árbol dendrítico de las células piramidales y el número de sinapsis por neurona son mayores en los seres humanos que en otras especies, nuestra hipótesis de partida es que depende del patrón individual de la estructura de las células piramidales y sus conexiones o del «sinaptoma» (más sinapsis = más inteligencia).
El objetivo principal es realizar un análisis microanatómico detallado de la corteza cerebral en individuos con diferentes valores de CI (bajos, medios, altos), con el fin de obtener datos sobre las posibles diferencias entre ellos. Este proyecto consta de dos objetivos principales:
- Análisis morfométrico de las células piramidales marcadas intracelularmente con Lucifer Yellow. Este objetivo abarcará el estudio de la arborización dendrítica, incluyendo la longitud dendrítica, los patrones de ramificación y la complejidad del árbol dendrítico. Además, se analizará el número, tamaño y densidad de las espinas dendríticas. Con este objetivo, se pretende examinar detalladamente las posibles diferencias en la microanatomía de las células piramidales entre individuos con diferentes puntuaciones de CI.
- Estudio 3D de la organización sináptica mediante la utilización de un microscopio electrónico de tipo cross-beam (doble haz; tecnología FIB/SEM), para obtener información de la organización sináptica más precisa y extensa de lo que ha sido posible hasta ahora. Este objetivo implicará un análisis cuantitativo y cualitativo detallado del número, densidad y tamaño de las sinapsis excitadoras e inhibidoras en individuos con distintos valores de CI. Con este objetivo pretendemos averiguar si existen diferencias o no a nivel sináptico.
