Entrevistas temáticas

Dr. Javier Márquez Ruiz

Dr. Márquez Ruiz

Licenciado en Ciencias Biológicas y Doctor en Fisiología y Neurociencia por la Universidad de Sevilla. Ha ampliado estudios en el Laboratorio de Neurofisiología y Biomecánica del Movimiento de la Universidad Libre de Bruselas.

En la actualidad es profesor del Área de Fisiología y coordinador del Máster en Neurociencia Fundamental y Traslacional de la Universidad Pablo de Olavide de Sevilla, donde dirige el Laboratorio traslacional de Estimulación Cerebral, integrado en la Red Española de Estimulación Cerebral.

Su línea de investigación se centra en el estudio de los mecanismos que median los efectos de la estimulación eléctrica transcraneal en modelos animales, así como su posible uso terapéutico en diferentes patologías humanas.

Es Investigador Principal de proyectos financiados por el Ministerio de Innovación y Ciencia, Junta de Andalucía, el programa Brain Initiative del NIH (National Institutes of Health) estadounidense y la Comisión Europea. Participa en el programa europeo de Ciencia Excelente del Horizonte 2020, Neurotwin - FET (Future and Emerging Technologies) Proactive, que apoya el desarrollo de tecnologías futuras y emergentes. En 2014 recibió el VII Premio de Investigación de la Real Maestranza de Caballería, otorgado a jóvenes investigadores.

Le agradecemos mucho que nos conceda esta entrevista sobre la estimulación eléctrica transcraneal a La Circunvalación del Hipocampo.

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La Circunvalación: ¿Qué es la estimulación eléctrica transcraneal, y qué efectos beneficiosos o contraproducentes puede tener sobre el sistema nervioso?

Dr. Márquez Ruiz: La estimulación eléctrica transcraneal es una técnica de estimulación no invasiva que se aplica mediante el paso de corrientes eléctricas débiles sobre dos o más electrodos situados estratégicamente sobre el cuero cabelludo. Los efectos de este tipo de estimulación dependen de la polaridad de corriente utilizada (anodal o catodal) y la duración de la misma. Estos efectos consisten en la modulación de la excitabilidad neuronal de la zona estimulada y pueden dividirse en efectos a corto y largo plazo. Los efectos a corto plazo pueden observarse durante la aplicación de los campos eléctricos y tienen su origen en la redistribución de cargas eléctricas en el interior de las neuronas. Los efectos a largo plazo pueden observarse durante varias horas después de la aplicación de la corriente eléctrica y se producen como consecuencia de cambios en los receptores de los neurotransmisores, la producción de segundos mensajeros en el citoplasma de la célula o incluso mediante cambios en la expresión génica de las neuronas.

Aunque en la actualidad no se han observado efectos secundarios relevantes (en ocasiones se produce un enrojecimiento de la zona estimulada acompañado de una sensación de picor), el efecto final de esta técnica neuromoduladora es variable entre diferentes sujetos.

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La Circunvalación: ¿Qué usos podrían derivarse de la aplicación de esta tecnología en humanos? ¿Existen experiencias de aplicación en humanos de esta tecnología?

Dr. Márquez Ruiz: Los estudios realizados en las últimas dos décadas muestran su utilidad a la hora de modificar la excitabilidad de la corteza cerebral humana. En algunos casos, dichos efectos pueden consistir en un aumento o disminución de dicha excitabilidad en función de la polaridad aplicada. Se ha descrito que la aplicación prolongada de este tipo de corrientes (10-30 min) produce efectos que pueden llegar a durar varios días. Los efectos producidos por esta técnica han despertado un gran interés tanto en la investigación básica, como herramienta para investigar el papel de determinadas áreas cerebrales, como en la investigación clínica, donde se estudia su posible valor terapéutico en diversas patologías.

Algunas de las principales ventajas asociadas a este tipo de estimulación son su bajo coste económico (en comparación con otras técnicas de estimulación cerebral no invasivas como la estimulación eléctrica transcraneal), la facilidad con la que se aplica, la alta tolerancia que muestran los pacientes y la posibilidad de ser llevada a cabo de forma ambulatoria.

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La Circunvalación: Nos interesa sobre todo su potencial como técnica terapéutica, ¿en qué enfermedades podría aplicarse esta tecnología?

Dr. Márquez Ruiz: Considerando los efectos producidos por este tipo de estimulación en la corteza cerebral humana, su aplicación resulta de especial interés en aquellas patologías donde el equilibrio excitación/inhibición está alterado. Actualmente se están llevando a cabo diversos estudios relacionados con la epilepsia, el accidente cerebrovascular, la enfermedad de Parkinson, la esquizofrenia, la depresión o el tinnitus entre otros.

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La Circunvalación: ¿Qué puede aportar la estimulación eléctrica transcraneal al tratamiento de las enfermedades neurodegenerativas en general, y de la enfermedad de Alzheimer en particular?

Dr. Márquez Ruiz: Una de las ventajas que ofrece este tipo de terapias frente a los tratamientos farmacéuticos convencionales consiste en la posibilidad de intervenir de forma directa sobre el funcionamiento de las redes neuronales. De este modo, mediante la estimulación eléctrica de determinadas regiones del cerebro podemos tratar de aumentar o disminuir la actividad de estas redes con el fin de recuperar, o al menos acercarnos, al correcto funcionamiento de las mismas. En el caso de la enfermedad de Alzheimer, existen evidencias sobre la estrecha relación existente entre algunos de los signos característicos de esta patología (como la acumulación de placas amiloides) y el déficit en la actividad oscilatoria gamma de las interneuronas de la corteza cerebral. La estimulación eléctrica transcraneal mediante corriente alterna podría potenciar estas oscilaciones en los pacientes con enfermedad de Alzheimer restaurando así la actividad de esta población neuronal y mejorando los procesos cognitivos de los pacientes.

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La Circunvalación: ¿En qué consiste y cuáles son los objetivos del proyecto Neurotwin en el que participa?

Dr. Márquez Ruiz: Neurotwin es un proyecto financiado por la convocatoria europea FET Proactive, programa del pilar de Ciencia Excelente de H2020 que apoya el desarrollo de tecnologías futuras y emergentes. La convocatoria FET Proactive, busca la cooperación interdisciplinar estimulando el desarrollo de nuevas tecnologías más allá del entorno académico.

El objetivo general del proyecto es desarrollar modelos virtuales del cerebro humano que predigan los efectos fisiológicos de la estimulación eléctrica transcraneal a nivel individual permitiendo caracterizar diferentes estados fisiopatológicos, así como diseñar y optimizar  protocolos de estimulación cerebral en enfermedades como el Alzheimer. El papel de nuestro laboratorio en el proyecto es utilizar diferentes modelos animales de la enfermedad de Alzheimer para mejorar estos modelos computacionales mediante la obtención de datos inaccesibles en el cerebro humano.

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Bibliografía recomendada

• Sánchez-León CA, … Márquez-Ruiz J. Exploring new transcranial electrical stimulation strategies to modulate brain function in animal models. Current Opinion in Biomedical Engineering (Curr Opin Biomed Eng) 2018; 8:7-13.
• Sánchez-León CA, … Márquez-Ruiz J. Using animal models to improve the design and application of transcranial electrical stimulation in humans. Current Behavioral Neuroscience Reports (Curr Behav Neurosci Rep) 2018; 5:125-135.
• Krause B, Márquez-Ruiz J, Cohen Hadosh R. The effect of transcranial direct current stimulation: a role for cortical excitation/inhibition balance?. Frontiers in Human Neuroscience (Front Hum Neurosci) 2013;7:602.
• Márquez-Ruiz J, et al. Transcranial direct-current stimulation modulates synaptic mechanisms involved in associative learning in behaving rabbits. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 2012; 109:6710-5.

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Cómo citar esta entrevista:

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