Neurofisiología experimental

Grupo Neurofisiología experimental

Neurofisiología experimental

 

Investigador principal: Dr. Juan de los Reyes Aguilar Lepe
E-mail: jdaguilar@sescam.jccm.es

 

En nuestro laboratorio estudiamos la fisiología del sistema somatosensorial a nivel de dos importantes estructuras cerebrales, el tálamo y la corteza cerebral. Básicamente investigamos la fisiología de las neuronas del tálamo y la corteza somatosensorial en condiciones naturales (o control) y después de una lesión medular (en modelos de lesión aguda y lesión crónica) con el fin comparar la actividad neuronal en ambas situaciones. Nuestro objetivo es entender los procesos de plasticidad neuronal que producen la adaptación del sistema somatosensorial, y finalmente del individuo, a  una situación de lesión medular. Un mejor conocimiento del fenómeno de plasticidad neuronal asociado a la lesión medular conducirá a mejorar los tratamientos aplicados para una conseguir una rehabilitación funcional óptima.

 

Nuestras investigaciones sobre las propiedades fisiológicas de las neuronas talámicas del sistema somatosensorial han servido de base para estudiar el tálamo después del daño medular. Nuestros resultados demuestran que una lesión medular produce cambios fisiológicos inmediatos a nivel talámico tanto en la región afectada como en la intacta (Aguilar et al 2008 Eur. J. Neurosci; Foffani et al 2009 Journal of Neuroscience; Alonso-Calviño et al 2016 Neurobiol Disease).

 

Posteriormente nos centramos en el estudio de los cambios que suceden después de una lesión medular en la actividad neuronal de la corteza somatosensorial. Hemos obtenido resultados novedosos demostrando que la actividad neuronal de la corteza somatosensorial primaria sufre un cambio de estado (actividad basal) inmediato después de una sección completa de médula espinal que contribuye a modificar las respuestas ante estímulos sensoriales (Aguilar et al 2010 Journal of Neuroscience). Además, existe un mecanismo independiente del cambio de estado que contribuye a los cambios funcionales después de lesión medular (Humanes-Valera et al 2013 PLos One). También mostramos que una lesión de nervio periférico modifica las respuestas de neuronas corticales a estímulos periféricos pero no modifica el estado general de la corteza cerebral en contraposición a la lesión medular (Humanes-Valera et al 2014 Scientific Reports). Utilizando un modelo de hemisección medular demostramos que la pérdida de la vía lemniscal y preservación de la vía espinotalámica produce de forma inmediata una hiperexcitabilidad cortical ante estímulos periféricos y un cambio de estado con un curso temporal diferente a la sección completa de médula (Yague et al 2011; 2014 Experimental Neurology).

 

Los resultados obtenidos en un modelo de sección medular completa crónica (3 mes) han sido sorprendentes y absolutamente nuevos en el campo.  Hemos demostrado que la plasticidad neuronal cortical producida por lesión medular es un fenómeno heterogéneo en el tiempo, que afecta a mecanismo sinápticos y a mecanismos de red neuronal cortical. La magnitud de respuestas corticales a nivel de capa V desciende mientras que la excitabilidad de la red neuronal cortical incremental (Humanes-Valera et al 2016 Cerebral Cortex).

 

Actualmente proponemos que existe una heterogeneidad espacial y temporal en el fenómeno de plasticidad cortical originada por la lesión medular. Y estamos estudiando la actividad neuronal tanto individual como integrada en la red neuronal de las diferentes capas corticales después de lesión medular. Este proyecto está financiado para los próximos tres años por el Ministerio de Economía y Competitividad de España.

 

 

 

Publicaciones seleccionadas

 

1.- Humanes-Valera D, Foffani G, Alonso-Calviño E, Fenández-López E, Aguilar J. (2016). “Dual cortical plasticity after spinal cord injury”. Cerebral Cortex Epub ahead of print.doi: 10.1093/cercor/bhw142. (IF:8.66)

 

2.- Alonso-Calviño E, Martínez-Camero I, Fernández-López E, 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:10.1016/j.nbd.2015.12.003(IF:5.078)

 

3.- Valero M, Cid E, Averkin RG, Aguilar J, Sanchez-Aguilera A, Viney TJ, Gomez-Dominguez, Bellistri E & Menendez de la Prida L. (2015). “Determinants of different deep and superficial CA1 pyramidal cell dynamics during sharp-wave ripples. Nature Neuroscience 18(9):1281-90. doi:10.1038/nn.4074(IF:14.98)

 

4.- Humanes-Valera D, Foffani G, Aguilar J. (2014). “Increased cortical responses to forepaw stimuli immediately after peripheral deafferentation of hindpaw inputs”. Scientific Reports. 4, 7278; DOI:10.1038/srep07278 (IF:5.08)

 

5.- Humanes-Valera D, Aguilar J, Foffani G. (2013). “Reorganization of the intact somatosensory cortex immediately after spinal cord injury”.  PlosOne 8(7): e69655. doi:10.1371/journal.pone.0069655. (IF:3.53)

 

6.- Aguilar J, Pulecchi F, Dilena R, Oliviero A, Priori A and Foffani G. (2011)

“Spinal direct current stimulation modulates the activity of graciles nucleus and primary somatosensory cortex in anesthetized rats”. Journal of Physology 589.20 pp: 4981-4996 (IF:4.38)

 

7.- Yagüe JG, Foffani G, Aguilar J. (2011). “Cortical hiperexcitability in response to preserved spinothalamic inputs immediatlety after spinal cord hemisection”. Experimental Neurology. 227: 252-263 (IF:4.62)

 

8.-Aguilar J, Humanes-Valera D, Alonso-Calviño E, Yagüe JG, Moxon K, Oliviero A, Foffani G.  (2010). “Spinal cord injury immediately changes the state of the brain”. Journal of Neuroscience 30:7528-7537. (IF:6.75)

 

 

 

Equipo

 

- Juan de los Reyes Aguilar Lepe (Doctor en Ciencias Biológicas, Universidad de Santiago de Compostela. 2002)

 

- Elena Alonso Calviño (Lda. Ciencias Ambientales.)

 

- Elena Fernández López (Lda. Ciencias Ambientales)

 

- Marta Zaforas Rodríguez (Lda. Ciencias Biológicas. Máster en Neurociencias)

 

 

 

Líneas de investigación

 

1- Fisiología de la Plasticidad Neuronal en el Sistema Somatosensorial provocada por una lesión medular: estudios a nivel talámico y cortical.

 

2- Dependencia de los estados funcionales en el procesamiento e integración de las señales neuronales en el sistema somatosensorial: Núcleos de las columnas dorsales, complejo ventrobasal del tálamo, Corteza somatosensorial primaria.

 

 

 

Proyectos recientes

 

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

 

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

 

 

 

Colaboraciones

 

- Dr. Antonio Oliviero. Grupo FENNSI (Hospital Nacional de Parapléjicos. SESCAM)

 

- Dr. Guglielmo Foffani (CINAC. HM Puerta del Sur/ Hospital Nacional de Parapléjicos. SESCAM)

 

- Dr. José Abad Rodríguez. (Grupo Biología de Membranas. Hospital Nacional de Parapléjicos. SECAM.)

 

- Dr. Liset Menéndez de la Prida. (Instituto Cajal-CSIC)

 

- Dr. Casto Rivadulla/Dr. Javier Cudeiro (Grupo Neurocom. Dpto de Medicina. Universidade da Coruña).

 

- Dr. Javier de Felipe (UPM-CSIC) y Dr. Óscar Herreras (Instituto Cajal-CSIC). Colaboración dentro del marco “Blue Brain Project”.

 

- Dr. Ulises Gómez Pinedo. (Hospital Clíncino San Carlos. Madrid)

 

- Dr. Alfonso Araque. (University of Minnesota. EE.UU)

 

- Dr. Ángel Núñez (Dpto. de Anatomía y Neurociencia. Facultad de Medicina. Universidad Autónoma de Madrid.