Dynamical states of the cerebral cortex and electric neuromodulation
llistat de metadades
Author
Director
Sánchez-Vives, María Victoria
Tutor
Alberch i Vié, Jordi, 1959-
Date of defense
2024-09-13
Pages
265 p.
Department/Institute
Universitat de Barcelona. Facultat de Medicina i Ciències de la Salut
Abstract
[eng] The cerebral cortex exhibits a wide range of physiological spatiotemporal activity patterns, spanning from synchronized oscillations during slow wave sleep to desynchronized firing during wakefulness. Normal brain function depends on the maintenance of these physiological oscillations, which relies on a dynamical balance of neuronal excitability and neural synchronicity. Failure to maintain this equilibrium is associated to a multitude of pathological conditions. In such case, a potential treatment strategy involves the use of non-invasive electrical stimulation, since it allows a modulation of cortical excitability (direct current (DC) fields) and synchronicity (alternating current (AC) fields). However, to achieve the desired neuromodulatory effect, it is crucial to understand the precise mechanisms through which weak currents impact neuronal oscillations and determine the optimal parameters of stimulation. The main goals of this Thesis were to provide a deeper insight into brain dynamics emerging in the local cortical network at different levels of excitability and synchronicity and explore the mechanisrns underlying their modulation by exogenous EFs. To achieve this goal, we (1) characterized the spontaneous activity emerging from human cortical slices; (2) investigated the emergence of a meta-rhythm with alternating periods of synchronous and asynchronous activity (microarousals) in vitro; (3) described the generation of hypersynchronous and hyperexcitable epileptiform activity by GABAA blockade; (4) researched the effects of DC field orientation of cortical modulation; (5) explored the potential of DC fields in the modulation of epileptiform activity; (6) characterized the enhancement and attenuation of cortical oscillations by AC fields and (7) proposed a more robust protocol for achieving the desired cortical dynamic in response to an exogenous AC field. By enhancing the comprehension of electric field modulation of cortical dynamics, our results might potentially help the development of effective electric neuromodulation protocols, diminishing the high variability observed in the clinical applications of transcranial electric stimulation.
Keywords
Electrofisiologia; Electrofisiología; Electrophysiology; Estimulació elèctrica; Estimulación eléctrica; Electric stimulation; Neurologia; Neurología; Neurology
Subjects
616.8 - Neurology. Neuropathology. Nervous system
Knowledge Area
Note
Programa de Doctorat en Biomedicina / Tesi realitzada a l'Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS)
Recommended citation
Rights
ADVERTIMENT. Tots els drets reservats. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.