Escuela de Doctorado

 
Tesis Doctorales de la Universidad Pablo de Olavide a partir de 2025/26
Exploring the effects of transcranial Direct Current Stimulation on the cortical excitation/inhibition balance: an optogenetic approach
Autor/aESTEVEZ RODRIGUEZ, MARTA
Director/aMARQUEZ RUIZ, JAVIER
Fecha de depósito26-11-2025
Periodo de exposición pública27 de noviembre a 11 de diciembre de 2025
Fecha de defensaSin especificar
ModalidadDual
ProgramaPrograma de Doctorado en Neurociencias (RD 99/2011)
Mención internacionalSolicitada
ResumenEl equilibrio entre excitación e inhibición (E/I) es una propiedad fundamental de los circuitos corticales, regulada dinámicamente por múltiples factores, y determinada principalmente por la interacción entre neuronas excitatorias e inhibitorias. Este equilibrio es esencial para el procesamiento sensorial, la plasticidad y la estabilidad de las redes neuronales, y su alteración se ha relacionado con diversos trastornos neurológicos y psiquiátricos. La estimulación transcraneal por corriente continua (tDCS, del inglés transcraneal Direct-Current Stimulation) es una técnica de neuromodulación no invasiva capaz de alterar la excitabilidad cortical y, en consecuencia, el equilibrio E/I. Sin embargo, sus efectos sobre poblaciones neuronales excitatorias e inhibitorias específicas siguen sin estar completamente claros. Con el fin de comprender estos efectos y generar datos que permitan construir futuros modelos computacionales predictivos, esta tesis investiga cómo la tDCS afecta la actividad de neuronas glutamatérgicas y GABAérgicas en la corteza somatosensorial primaria (S1) de ratones despiertos, con el objetivo de identificar los mecanismos celulares que subyacen a la modulación del equilibrio E/I por campos eléctricos. Para ello, se combinaron optogenética y electrofisiología in vivo, mediante la expresión viral de Channelrhodopsina-2 bajo un promotor específico, junto con registros realizados con optrodos y electrodos Neuropixels de alta densidad. La especificidad de la expresión se confirmó mediante análisis inmunohistoquímicos, validación electrofisiológica in vivo y clasificación computacional de la actividad neuronal. Se caracterizaron las respuestas neuronales a la estimulación lumínica y se evaluaron los efectos inmediatos de la tDCS sobre la actividad espontánea y la actividad inducida. Los resultados mostraron que la fotoestimulación de neuronas glutamatérgicas y GABAérgicas generó potenciales de campo local (LFPs, del inglés local field potentials) de morfología y amplitud distintas, que fueron modulados de forma diferente por pulsos cortos de tDCS en función de la polaridad e intensidad. La fotostimulación de neuronas glutamatérgicas produjo LFPs más amplios y marcados, mientras que la fotoestimulación de neuronas GABAérgicas generó LFPs de menor amplitud y mayor variabilidad. Ambos mostraron una modulación con la tDCS, siendo más intenso el efecto sobre los LFPs producidos por la fotoestimulación de neuronas GABAérgicas. Al analizar la actividad unitaria de las neuronas glutamatérgicas, se observó que la tDCS moduló de forma consistente la actividad espontánea en función de la polaridad: la estimulación anódica la incrementó y la catódica la redujo. En cambio, las neuronas GABAérgicas mostraron respuestas más heterogéneas, con algunas interneuronas moduladas y otras no, demostrando que la tDCS también puede influir en poblaciones inhibitorias. No obstante, el análisis cuantitativo de la actividad durante la fotostimulación en presencia de tDCS mostró que tanto la sincronía de disparo como la inhibición post-estímulo permanecieron inalteradas. El análisis de las poblaciones neuronales identificadas optogenéticamente y clasificadas putativamente mediante CellExplorer mostró que la tDCS apenas modificó la tasa de disparo durante la fotostimulación. Estos hallazgos sugieren que la modulación de los LFPs por tDCS no puede explicarse únicamente por variaciones en la frecuencia de disparo, sino que probablemente implica cambios en la dinámica sináptica, el reclutamiento de subtipos de interneuronas y posibles contribuciones gliales. Estos resultados aclaran la modulación de la tDCS sobre neuronas y el equilibrio E/I (tipo, polaridad, estado) e impulsan modelos predictivos para mejorar su fiabilidad en clínica e investigación.