El posicionament de les neurones en el sistema nerviós central i el creixement dels seus axons són processos essencials que s'han de desenvolupar degudament per assolir un funcionament correcte del cervell. La gran varietat de processos migratoris que es produeixen durant tot el desenvolupament desemboquen en la formació de les estructures cerebrals. La Reelina, així com d'altres proteïnes secretables, és una senyal extracel·lular que controla els processos migratoris que es produeixen durant el desenvolupament en estructures laminades com l'escorça, l'hipocamp, el cerebel i el bulb olfactori. També en el cervell adult la Reelina pot intervenir en processos de sinaptogènesi i plasticitat neuronal, a més de mantenir el control de la migració de neurones al bulb olfactori. L'estudi detallat de la transducció de senyal que es desencadena en les neurones estimulades amb Reelina permet identificar les proteïnes que hi participen. Així, els receptors VLDLR i ApoER2, la proteïna adaptadora mDab1, les proteïnes quinasa de la família Src, la PI3K, la Akt1, la GSK3â i la MAP1B formen part d'aquest sistema de senyalització intracel·lular que acabarà donant resposta a l'estímul originat per la Reelina. En aquesta tesi doctoral es fa un estudi descriptiu de la distribució d'mDab1, que participa en els primers passos de la transducció de la senyalització induïda per la Reelina, i s'analitza la seva implicació en axogènesi i en l'establiment del patró de projeccions que innerven l'hipocamp. Els resultats obtinguts indiquen que l'mDab1 s'expressa en les regions d'origen de les fibres de la via perforant i de les connexions comissurals durant l'etapa de formació d'aquestes connexions. Els axons procedents de l'escorça entorínica i de CA3 contenen la proteïna mDab1 en els seus tractes axonals i també a nivell dels cons de creixement. Els ratolins mdab1 -/- presenten el mateix fenotip que els ratolins reeler en aquestes connexions. L'mDab1 és important tant en les regions d'origen de les fibres de la via perforant com en les regions diana d'aquesta connexió. D'altra banda, la Reelina indueix col·lapse axonal sobre els axons de CA3 i incrementa la ramificació axonal en neurones hipocàmpiques. El cultiu d'explants de les regions CA1/CA3, EC i DRG sobre substrats que contenen la Reelina en promou una disminució del creixement axonal. A continuació s'estudien nous processos de senyalització que s'activen en resposta a la Reelina, centrant l'estudi en la via de senyalització d'ERKs. La Reelina indueix la fosforilació de les MAPKs Erk1 i Erk2, i no en canvi de les Jnk1/2/3 ni de la p38. La fosforilació de les Erk1/2 es correspon amb l'activació d'aquestes proteïnes. L'increment d'activitat de les Erk1/2 és depenent de la prèvia activació de les SFKs, de l'mDab1 i de la via de PI3K; i no requereix la participació de la proteïna Ras. A conseqüència de l'activació de la via d'ERK, s'indueix un increment de la transcripció gènica de l'egr-1 per acció de l'estímul de la Reelina. També s'estudia la implicació de l'activació d'ERK en models de migració in vitro de la regió SVZ. L'activació de la via d'ERK és necessària per a la desadhesió neuronal induïda per la Reelina sobre les neurones de la SVZ. Finalment es genera un model animal per a l'estudi de la funció de la proteïna Reelina en processos de desenvolupament i plasticitat de l'edat adulta. La sobreexpressió regulada de Reelina en cervell anterior d'animals postnatals es limita a les regions on s'expressa el promotor CamKIIá. Per aconseguir-ho es generen animals dobles transgènics d'expressió de la Reelina mitjançant un sistema Tet-Off. Els ratolins dobles transgènics expressen la Reelina en neurones principals de l'estriat, de CA1 de l'hipocamp i del gir dentat. / To study the participation of Reelin and its signaling pathway in the development of the central nervous system, different experimental approaches were performed. First, we analyzed the participation of mDab1 and Reelin in the development of hippocampal connections. Second, we reported the activation of ERK pathway by Reelin stimulus to induce egr-1 upregulation and SVZ detachment. And third, we generate a new mouse model to study Reelin functions.The results indicate that mDab1, which participates in the first step of intracellular transduction of Reelin signaling, is expressed in the regions of origin of the perforant and comissural pathways. Entorhinal and CA3 axons contain mDab1 protein in their axonal tracts and also in the growth cones. mdab1 -/- mice show the same phenotype as reelers in the development of those connections. mDab1 is required in the regions where perforant axons originate and in the terminal areas. Moreover, Reelin induces CA3 growth cone collapse, increased axonal branching in hippocampal primary cultures and reduced outgrowth of CA1/CA3, EC and DRG explants.Reelin induces the phosphorylation and activation of MAPKs Erk1 and Erk2, but not of Jnk1/2/3 or p38. The activation of Erk1/2 occurs downstream of the sequential activation of SFKs/mDab1 and PI3K pathway without Ras participation. The activation of the ERK pathway induces the increased transcription of egr-1 after Reelin stimulation, and the detachment of neurons from the SVZ.Finally, to study adult processes of development and plasticity, transgenic mice was designed and generated to express Reelin in postnatal forebrain under the control of CamKIIá promoter. Using the Tet-Off binary system, the double transgenic animals express Reelin in principal neurons of the striatum, CA1 hippocampal region and dentate gyrus.

El objetivo de este trabajo ha sido el estudio de dos factores genéticos implicados en la diferenciación de las neuronas GABAérgicas de proyección estriatales: Nolz1 e Ikaros. Además se ha estudiado el potencial de estos factores de transcripción en la diferenciación de células madre neurales in vitro hacia un fenotipo estriatal para entender mejor los mecanismos que regulan la aparición de este tipo de neuronas.Hemos demostrado que Nolz1 es un gen que interviene en la especificación de los precursores neurales de la SVZ de la eminencia ganglionar lateral (LGE), los llamados progenitores basales. Las células Nolz1 positivas provienen de precursores positivos para Gsh2, y su expresión contribuye a la aparición de la señalización de ácido retinoico en el núcleo estriado durante el desarrollo. Nolz1, además, regula la vía de Notch en precursores neurales i promueve la aparición de precursores oligodendrogliales mediante un mecanismo no autónomo en la LGE. Por otra parte, demostramos que la isoforma de Ikaros Ik1 es esencial para la correcta generación de las neuronas encefalinérgicas estriatales a partir de la diferenciación de precursores neurales Dlx2 positivos de la LGE. Mostramos que Ik1 es necessario para sacar de ciclo los precursores que formarán el núcleo estriado mediante el incremento de los niveles del inhibidor de ciclinas p21. En consonancia con esta observación, la falta de Ikaros durante el desarrollo, afecta la neurogénesis tardía en el estriado. Esto se traduce en que el animal deficiente de Ikaros presenta un núcleo estriado más pequeño debido a una disminución en el número de neuronas de proyección encefalinérgicas de la matriz. Así, Nolz1 e Ikaros intervienen en diferentes momentos del desarrollo estriatal, siendo el papel de Nolz1 anterior y centrado en el control de precursores neurales, y el de Ikaros algo posterior, centrado en la diferenciación de neuronas estriatales de proyección encefalinégicas / The main goal of this work has been the study of two genetic factors implied in the differentiation of the striatal GABAergic projection neurons: Nolz1 and Ikaros. Moreover, we have studied the potential of these transcription factors to direct the differentiation of neural stem cells in vitro towards a striatal phenotype, in order to understand some aspects of the generation of this kind of neurons.We have demonstrated that the action of Nolz1 is involved in the specification of the neural precursors which reside in the SVZ ol the lateral ganglionic eminencie (LGE), the so-called basal progenitors. The cells positive for Nolz1 come from Gsh2 positive neural precursors, and its expression contributes to the inititation of a source of retinoic acid signalling within the striatum during development. Nolz1, in addition, regulates the Notch pathway in neural precursors an promotes the appearance of oligodendrocyte precursors in the LGE by a non-autonomous mechanism. On the other hand, we demostrate that the Ikaros isoform Ik1 is essential for the correct generation of the striatal enkephalinergic neurons from the differentiation of Dlx2 positive neural precursors of the LGE. We show that Ik1 is necessary for the cell-cycle exit of the neural precursors which will populate the striatum by the increase of the cyclin inhibitor p21. According with this observation, Ikaros absence during development specifically affects late striatal neurogenesis.This is translated in the adult Ikaros deficient animal in a reduced striatum due to a reduced number of matrix enkephalinergic projection neurons. Thus, Nolz1 and Ikaros exhert its actions during different times in striatal development, being Nolz1 role earlier and focused in the control of neural precursors, and Ikaros role occurs later, focused in the differentiation of the enkephalinergic projection neurons.

DE LA TESIS:Una de las consecuencias de los avances científicos y tecnológicos del ultimo siglo es el aumento de esperanza de vida en las sociedades modernas lo que, en términos demográficos, se traduce en un incremento en la media de edad de la población. Sin embargo, este envejecimiento progresivo comporta una mayor incidencia en la sociedad de enfermedades que se manifiestan a edades avanzadas, destacando las que afectan al sistema nervioso central como la enfermedad de Alzheimer o la de Parkinson. El dramático incremento en la incidencia de este tipo de enfermedades se ha traducido en una sensibilización social frente a ellas, así como en un creciente interés en el estudio de los procesos neurodegenerativos asociados a la edad y en su posible tratamiento.La etiología de la muerte neuronal en los procesos de neurodegeneración continúa siendo un enigma por descifrar pero cada vez se sabe más acerca de las causas y trastornos que la envuelven. Un factor que parece estar implicado directamente en estos procesos es el glutamato, el neurotransmisor excitador mayoritario del sistema nervioso central. La paradoja de ésta molécula estriba en que a pesar de estar implicada en procesos fisiológicos normales como el aprendizaje, la memoria o la construcción de conexiones sinápticas durante el desarrollo, también puede ser tóxica para las neuronas. El glutamato juega un papel central en muchos procesos neurodegenerativos y está implicado en patologías tan diversas como la corea de Huntington, la epilepsia, el daño cerebral isquémico o la enfermedad de Alzheimer. El modo mediante el que el glutamato ejerce su función tóxica consiste en la sobreactivación de sus receptores sinápticos, provocando una serie de fenómenos patológicos que llevan a la muerte de la neurona y que son conocidos con el nombre de excitotoxicidad. El mecanismo por el que todo esto sucede es todavía objeto de estudio.Dentro de este marco, los objetivosprincipales sobre los que se fundamenta el trabajo aquí expuesto eran:- Caracterizar en términos histológicos, bioquímicos y funcionales la lesión excitotóxica de la rata creada en la vía septohipocampal por la microinyección en el septo medio de un agonista de los receptores del glutamato (el ácido a-amino-3-hidroxi-5-metilsoxazol-4-propiónico, o AMPA) y comparar los efectos provocados en función de la dosis administrada con los que aparecen en función del tiempo postlesión transcurrido.- Bajo las condiciones de neurodegeneración seleccionadas, estudiar in vivo las respuestas adaptativas de los sistemas de activación e inhibición hipocampales controlados por los núcleos de la región septal para así establecer la relevancia de cada sistema en este modelo animal.- De forma paralela y en otro modelo animal de aprendizaje y memoria en el que previamente se habían caracterizado variaciones de los receptores hipocampales del glutamato, nos propusimos estudiar el origen celular del aumento de receptores AMPA asociados al deterioro cognoscitivo provocado por el envejecimiento.- Investigar la posible relación entre la vulnerabilidad humana a la hipoxiaisquemia durante el periodo perinatal, la calcificación cerebral en el mismo periodo y su evolución, con el fin de establecer posibles paralelismos con la lesión excitotóxica inducida en nuestro modelo en diferentes condiciones de dosis y tiempo.- Analizar los mecanismos moleculares que puedan estar interrelacionados para dar lugar tanto a la formación de precipitados intracelulares de calcio como a la progresividad del proceso neurodegenerativo.

Estudi descriptiu per determinar la influència d'unes variables cognitiu-emocionals i d'expressió emocional, sobre l'impacte de la cefalea primària, controlant estadísticament l'efecte de les característiques sociodemogràfiques i clíniques, personalitat, ansietat, depressió i esdeveniments vitals estressants. Mostra de 137 subjectes (18-55 anys), de la consulta ambulatòria de neurologia de l'Hospital Sant Joan de Reus (2010-2011). Es detecta un clar patró de tendència a reprimir la ràbia, que no es correlaciona amb l'impacte de la cefalea. Les variables cognitiu-emocionals associades amb més impacte van ser: neuroticisme i psicoticisme (personalitat), ansietat-tret, depressió, tret d'Ira, temperament d'Ira, índex d'expressió de la Ira, puntuació total de alexitímia i la seva sub-escala dificultat per identificar sentiments. Les que més condicionen l'impacte de la cefalea són, en la seva ordre: l'ansietat, el control extern de la ira, el consum de tabac, la cefalea per abús d'analgèsics i el sexe femení. / Estudio descriptivo para determinar la influencia de unas variables cognitivo-emocionales y de expresión emocional, sobre el impacto de la cefalea primaria, controlando estadísticamente el efecto de las características socio-demográficas y clínicas, personalidad, ansiedad, depresión y acontecimientos vitales estresantes. Muestra de 137 sujetos (18-55 años), de la consulta ambulatoria de neurología del Hospital Sant Joan de Reus (2010-2011). Se detecta un claro patrón de tendencia a reprimir la rabia, que no se correlaciona con el impacto de la cefalea. Las variables cognitivo-emocionales asociadas con mayor impacto fueron: neuroticismo y psicoticismo (personalidad), ansiedad-rasgo, depresión, rasgo de Ira, temperamento de Ira, índice de expresión de la Ira, puntaje total de alexitimia y su sub-escala dificultad para identificar sentimientos. Las que más condicionan el impacto de la cefalea son, en su orden: la ansiedad, el control externo de la ira, el consumo de tabaco, la cefalea por abuso de analgésicos y el sexo femenino. / Descriptive study to determine the influence of certain cognitive and emotional variables of emotional expression, on the impact of primary headache, statistically controlling for socio-demographic and clinical characteristics, personality, anxiety, depression and stressful life events. Sample of 137 subjects (18-55 years), of the neurology outpatient clinic of Sant Joan de Reus Hospital (2010-2011). Cognitive-emotional variables associated with the greatest impact were: neuroticism and psychoticism (personality), trait anxiety, depression, trait anger, anger’s temperament, anger index expression, alexithymia total score and its dimension of difficulty identify feelings. The most determining the impact of headache were, in order: anxiety, external control of anger, smoking, analgesic overuse headache and female sex.

El DCL constituye un colectivo de alto riesgo para desarrollar la EA. La EA es una demencia degenerativa primaria que constituye el 48% de todas las demencias. La información que nos proporciona la ERM sobre la función cerebral y química de los metabolitos tisulares es muy útil ya que es un método no invasivo que detecta alteraciones neuroquímicas incluso en ausencia de cambios estructurales.La ERM 1H en la EA se caracteriza por elevación del mI ,marcador astrocitario y un descenso del NAA, aminoácido marcador neuronal. Es particularmente específico en la EA la elevación del cociente mI/NAA que combina en un solo parámetro los dos más afectados en la EA.En base a todo ello la hipótesis principal era si la ERM 1H puede detectar cambios bioquímicos cerebrales específicos en los DCL y si alguno de ellos puede orientar hacia una próxima conversión a EA. Los objetivos se dividen entre caracterizar la ERM de un grupo de pacientes DCL para valorar qué diferencias se observaban respecto a los pacientes EA y a los sujetos control ancianos normales y más importante, siguiendo este grupo durante un periodo de 4 años si alguno de los metabolitos de la ERM puede sugerir una variación en el deterioro cognitivo hacia la demencia.Para ello se somete un total de 47 individuos divididos en tres grupos según criterios de DCL, EA o sujetos normales a una ERM 1H y a unos tests neuropsicológicos. La ERM se realiza a todos los sujetos localizando el volumen de interés a nivel del cíngulo posterior, una de las áreas primariamente afectadas por la EA, y que es la zona que permite obtener unos espectros con una buena calidad. Todas la ERM se realizan con los mismos parámetros, en un aparato de 1,5 T Signa de GE, con una adquisición en PRESS y siguiendo un control de calidad valorando el ruido de fondo, la línea basal y la supresión de agua. El post-procesado se hace con el software incorporado al aparato. Se valoran también las lesiones hiperintensas en la sustancia blanca en los cortes RM DP y T2.En el transcurso de 4 años se irá siguiendo únicamente a los DCL con todas las pruebas para probar la hipótesis de los cambios metabólicos en relación a los cognitivos.Siguiendo los resultados del estudio transversal y longitudinal observo que los DCL tiene un patrón espectroscópico muy semejante al de los EA y que ambos son claramente diferentes de los sujetos ancianos control y que en la valoración global del seguimiento de los DCL no se aprecian cambios significativos. En el grupo DCL cerca del 80% de los individuos van a convertirse en EA.Los resultados que he obtenido nos indican que el incremento de mI/Cr y en cierto grado el descenso de NAA/Cr preceden el deterioro cognitivo en la progresión del DCL hacia la patología de la EA. Sin embargo, la ERM de 1H no puede proporcionar información valiosa acerca de la progresión fisiopatológica de la enfermedad pero puede ayudar a detectar precozmente los pacientes DCL que van a sufrir una trasformación a EA a lo largo del seguimiento, consistente en la elevación del ratio de mI/Cr en aquellos sujetos que aún no muestran signos de demencia ni por clínica ni por los tests neuropsicológicos. Las lesiones hiperintensas de la sustancia blanca siguen una evolución paralela con el grado de deterioro cognitivo, de forma que a mayor número de lesiones más grado de demencia. Probablemente se halla correlacionado con el grado de desmielinización axonal y con el descenso del NAA, marcador de la función neuronal. / Mild cognitive impairment(MCI)is a transitional state between normal aging and AD(Alzheimer disease). 1H-MRS is a technique that measures brain metabolites and cerebral function in vivo and can detect neurochemical alterations even when structural changes are absent.1H-MRS studies reveal an increase in mI brains of AD patients. NAA is a neuronal marker and a decrease in its concentration in MRS of patients with AD suggests neuronal loss or dysfunction. The increase mI/NAA score is particularly specific in AD MRS and combines two of the metabolites involved in AD.The aim of the study was to identify biochemical brain changes in 1H-MRS of MCI and prove if one of them provides valuable information about progression of the disease. For this purpose a group of patients with MCI is explored with 1H-MRS to distinguish from AD and normal elderly people and the most important purpose is to investigate the utility of 1H-MRS in the follow up of this group during 4 years.A total of 47 patients participated in the study and were divided in three groups, following clinical criteria of MCI, AD and normal aging subjects. They underwent a MRI study with single voxel 1H-MRS and also neuropsychological tests. MRI was performed in a 1,5 T signa GE and the single voxel was localized in the posterior cingulated giri, one of the primary affected areas. The acquisition was performed with PRESS pulse sequence.Spectra were post processed by means of manufacturer provided software. Hyperintensities in white matter were evaluated in DP and T2 MRI sequences.In longitudinal and transverse studies MCI and AD have a similar pattern, which clearly differs from normal elderly controls. No significative changes are observed in MCI following probably because 80% will converse in AD.In conclusion, the results show an increase mI/Cr and a decrease NAA/Cr that preceded cognitive decline in the progression of MCI to AD. However 1H-MRS cannot provide valous information about the physiopathological progression of the disease but can detect MCI patients before they converse in AD.White matter hyperintensities correlate with cognitive decline.

Aquesta tesi doctoral ha estat realitzada a la Unitat d'Histologia i Neurobiologia de la Facultat de Medicina i Ciències de la Salut i és fruit de 4 anys de treball dins el camp de la plasticitat sinàptica, concretament en la pèrdua de connexions nervioses. La pèrdua de connexions nervioses és un procés que es dóna en diferents situacions de la vida dels organismes, com és per exemple l'envelliment o durant el decurs de determinades malalties neurodegeneratives. També, però, es dóna de manera fisiològica durant el desenvolupament postnatal. En aquest estudi s'intenta esclarir quin és el sistema o sistemes implicats en la pèrdua de connexions nervioses que esdevé postnatalment de manera fisiològica a les unions neuromusculars (UNM) -sinapsis existents entre una neurona motora i una cèl.lula muscular-. En nèixer, les cèl.lules musculars es troben innervades per més d'un terminal nerviós. Aquests terminals nerviosos redundants s'aniran eliminant fins a assolir l'estat de monoinnervació, situació normal a les UNM madures. En aquesta tesi s'ha intentat comprovar la hipòtesi de que la maduració de les UNM durant el procés d'eliminació sinàptica postnatal depèn de l'activació d'una cascada de proteïnes de transducció de senyal que s'inicia amb l'activació del receptor de la trombina PAR-1, present aquest al component postsinàptic (cèl.lula muscular) de la UNM, i la posterior activitat d'una Proteïna Quinasa C (PKC), concretament de la isoforma , demostrant que l'activació d'aquest sistema accelera tant el procés de desconnexió axonal com la maduració dels agrupaments d'acetilcolina postsinàptics. / This doctoral thesis has been done at the Unitat d'Histologia i Neurobiologia of the Faculty of Medicine at the Rovira i Virgili University. It is the result of 4 years working in the synaptic plasticity field, specifically in the loss of nerve connections.The loss of nerve connections is a process that occurs during the ageing of the nervous system and in certain neurodegenerative diseases. The process also takes place during postnatal development in a physiological way when a precise pattern of neural connections is established thanks to the elimination of redundant synapses. With this study we try to know which is the system or systems implied in the loss of nerve connections that occurs during the postnatal development at the neuromuscular junction (NMJ) -the synapses between a motoneuron and a skeletal muscle fiber-. Individual skeletal muscle fibers in newborn rodents are innervated at a single endplate by several motor axons, whereas in adult mammals, each muscle fiber is innervated by a single motoneuron. This drastic reduction in polyneuronal innervation is produced by an activity-dependent competitive withdrawal of supernumerary axons. The proteases have been implicated in this process. In this thesis I tested the hypothesis whether the maturation of the NMJ during the synapse elimination process results from a signal transduction cascade initiated by activation of the protease thrombin receptor PAR-1, localized in the postsynaptic membrane (skeletal muscle fiber) and a Protein Kinase C (PKC) activity, specifically by the theta PKC isoform activity. We have demonstrated that thrombin, through the activation of its receptor PAR-1 localized, at least in part, on the postsynaptic membrane and a theta PKC activity mediates the maturation of the neuromuscular junctions.

En esta tesis estudiamos el efecto de la degeneración de los fotorreceptores en la población de células ganglionares de la retina. Utilizamos dos modelos animales de degeneración retiniana: uno inducido por fototoxicidad y otro hereditario (rata transgénica P23H) que producen una pérdida progresiva de fotorreceptores. A los 6 meses tras la fotoexposición o tras el nacimiento, según el modelo estudiado, se observa la aparición de complejos vasculares subretinianos que están conectados con los vasos de retina. A continuación, los vasos de la retina más interna sufren un desplazamiento y, en su trayectoria, estrangulan los haces axonales de las células ganglionares, provocando la muerte de éstas. El desplazamiento vascular posiblemente se deba a la migración de las células del epitelio pigmentario hacia la retina interna utilizando la superficie de los vasos. En conclusión, la degeneración de los fotorreceptores causa la muerte de las células ganglionares de r etina independientemente de su etiología. / In this thesis we analyze the effect of photoreceptor degeneration on the retinal ganglion cell population. We use two different rat models of retinal degeneration, light-induced and inherited (transgenic P23H rat) in which there is a progressive loss of photoreceptors. Six months after light exposure or after birth, depending on the model studied, subretinal vascular complexes connected to the retinal vessels start to appear. Next, the inner retinal vessels are displaced towards the subretinal vessels and in their trajectory strangulate the retinal ganglion cell axons causing their death. Vascular displacement may be due to the migration over the vessels surface and towards the inner retina of retinal pigment epithelium cells. In conclusion, photoreceptor degeneration causes retinal ganglion cell death regardless of its etiology.

Thesis has been developed in the framework of, and according to, the rules of the Erasmus Mundus Joint Doctorate on Interactive and Cognitive Environments EMJD ICE [FPA n° 2010-0012] / Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease that predominantly alters patients' motor performance and compromises the speed, the automaticity and fluidity of natural movements. After some years, patients fluctuate between periods in which they can move almost normally for some hours (ON state) and periods with motor disorders (OFF state). Reduced step length and inability of step are important symptoms associated with PD. Monitoring patients¿ step length helps to infer patients¿ motor state fluctuations during daily life and, therefore, enables neurologists to track the evolution of the disease and improve medication regimen. In this sense, MEMS accelerometers can be used to detect steps and to estimate the step length outside the laboratory setting during unconstrained daily life activities. This thesis presents the original contributions of the author in the field of human movement analysis based on MEMS accelerometers, specifically on step detection and step length estimation of patients with Parkinson's disease. In this thesis, a user-friendly position, the lateral side of the waist, is selected to locate a triaxial accelerometer. The position was selected to enhance comfortability and acceptability. Assuming this position, first, a new method for step detection has been developed for the signals captured by the accelerometer from this location. The method is validated on healthy persons and patients with Parkinson's disease while compared to current state-of-the-art methods, performing better than the existing ones. Second, current methods of selected step length estimators that were originally developed for the signals from lower back close to L4-L5 region are modified in order to be adapted to the new sensor positions. Results obtained from 25 PD patients are discussed and the effects of calibrating in each motor state are compared. A generic correction factor is also proposed and compared with the best method to use instead of individual calibration. Despite variable gait speed and different motor state, the new step detection method achieved overall accuracy of 96.76% in detecting steps. Comparing the original and adapted methods, adapted methods performs better than the original ones. The best one is with multiplying individual correction factors that consider left and right step length separately providing average error of 0.033 m. Finally, an adapted inverted pendulum (IP) model based step length estimators is proposed using the signals from left lateral side of waist. The model considers vertical displacement of waist as an inverted pendulum during right step.For left step, the displacement during single support and double support phase is considered as an inverted pendulum and a standard pendulum respectively.Results obtained from 25 PD patients are discussed.Validity and reliability of the new model is compared with three existing estimators. Experimental results show that ICE-CETpD estimates step length with higher accuracy than the three best contenders taken from the literature.The mean errors of this method during OFF state and ON states are 0.021m and 0.029m respectively.The standard deviation and RMSE shown as (SD) RMSE are (0.02)0.029m during OFF state and (0.027)0.038m during ON state. The intra-class correlations of proposed estimator with reference step length are above 0.9 during both motor states.The calibration of model parameters in each motor state is tested and found that the training sessions done with patients in ON state provide more accurate results than in OFF state. Given that training is in ON state, the advantage of this approach is that patients would not need to attend without medication in order to train the method. / La enfermedad de Parkinson (EP) es una enfermedad neurodegenerativa que altera, de forma predominante, la capacidad motora de los pacientes y, además, afecta la velocidad, la automaticidad y la fluidez de los movimientos naturales. Tras varios años, los pacientes fluctúan entre unos periodos en los cuales pueden moverse de forma casi normal durante varias horas (periodos o estados ON) y periodos donde los desórdenes del movimiento aparecen (periodos o estados OFF). Entre otros síntomas, los pacientes con la EP sufren una reducción de la longitud del paso y una inhabilitación de la marcha. Monitorizar la longitud del paso contribuye a inferir el estado motor de los pacientes, a conocer las fluctuaciones durante su vida diaria y, en consecuencia, permitiría a los neurólogos realizar un seguimiento de la evolución de la enfermedad y mejorar la pauta terapéutica. En este sentido, los acelerómetros MEMS pueden ser usados para detectar pasos y estimar la longitud del paso más allá de las instalaciones de los laboratorios, es decir, en entornos no controlados. Esta tesis presenta las contribuciones originales del autor en el campo del análisis del movimiento humano basado en acelerómetros MEMS, específicamente en la detección de pasos y la estimación de la longitud del paso en pacientes con la EP. En esta tesis, se ha seleccionado una posición amigable en la cual localizar un acelerómetro MEMS triaxial. La posición, que consiste en el lateral de la cintura cerca de la cresta ilíaca, fue seleccionada para mejorar la comodidad y la aceptabilidad desde el punto de vista del paciente. Asumiendo esta posición, en primer lugar, se presenta un análisis de los distintos métodos existentes en la literatura para la detección de pasos y, además, se presenta una nueva técnica de detección. Los métodos se han testado en usuarios sanos y en pacientes con Parkinson, mostrando que el nuevo método obtiene un porcentaje de acierto en la detección más alto que el resto de métodos. En segundo lugar, se han seleccionado aquellos métodos de estimación de la longitud de paso que fueron desarrollados mediante un sensor situado en el centro de la espalda, cerca de las vértebras L4-L5. Estos métodos fueron modificados con el fin de ser adaptados a la nueva posición del sensor y validados en señales obtenidas de 25 pacientes con EP. Además, se propone un factor de corrección genérico, el cual se compara con el mejor de los métodos obtenidos, para ser usado en lugar de una calibración individual. A pesar de la variabilidad en la velocidad de la marcha debida a las fluctuaciones motoras, el nuevo método alcanza un 96,76% de precisión en la detección de pasos y, respecto la estimación de la longitud del paso, los métodos modificados obtienen mayor precisión que los originales. El mejor de los métodos obtenidos consiste en el uso de un factor de corrección multiplicador que considera los pasos de cada lado por separado, proporcionando un error medio de 0,03 m. Finalmente, se presenta un nuevo modelo de la marcha representada como un péndulo invertido modificado que se emplea para analizar las señales de acelerometría obtenidas desde el lateral izquierdo de la cintura. De forma más concreta, este modelo considera el desplazamiento vertical de la cadera como un péndulo invertido durante el paso derecho (lado contrario del sensor). Para el paso izquierdo, el desplazamiento durante la fase single support y double support se model iza como un péndulo invertido y un péndulo simple, respectivamente. Los resultados obtenidos en 25 pacientes con EP son presentados y discutidos. La validez y fiabilidad del nuevo modelo son comparados con tres modelos distintos. Los resultados experimentales obtenidos muestran que el nuevo modelo, llamado ICE-CETpD, estima la longitud del paso con una precisión mayor que el resto de métodos seleccionados de la literatura. El error promedio de este método durante el estado OFF y ON es de 0,021 m. y 0,029 m., respectivamente, con una correlación intraclase superior a 0.9 en ambos estados motores. La calibración de los parámetros del modelo en cada estado motor ha sido evaluada, concluyendo que una calibración en ON proporciona más precisión en los resultados. En consecuencia, la ventaja de la aproximación propuesta residiría en no requerir señales en OFF de los pacientes con EP, por lo cual no sería necesario que los pacientes prescindieran de tomas de medicación. / La malaltia de Parkinson (MP) és una malaltia neurodegenerativa que altera de forma predominant la capacitat motora dels pacients i, a més, afecta la velocitat, l’automatització i la fluïdesa dels moviments naturals. Després de diversos anys, els pacients fluctuen entre uns períodes en els quals poden moure’s de forma quasi normal i que duren vàries hores (períodes o estats ON) i períodes on els desordres del moviment apareixen (períodes o estats OFF). Entre altres símptomes, els pacients amb la MP sofreixen una reducció de la longitud del pas i una inhabilitació de la marxa. La monitorització de la longitud del pas contribueix a inferir l’estat motor del pacient i a conèixer les fluctuacions durant la seva vida diària permetent als neuròlegs, en conseqüència, realitzar un seguiment de l’evolució de la malaltia i millorar la pauta terapèutica. En aquest sentit, els acceleròmetres MEMS poden ser utilitzats per tal de detectar passes i estimar la longitud del pas fora de les instal·lacions dels laboratoris, és a dir, en entorns no controlats. Aquesta tesis presenta les contribucions originals de l’autor en el camp de l’anàlisi del moviment humà basat en acceleròmetres MEMS, específicament en la detecció de passes i l’estimació de la longitud del pas en pacients amb MP. En aquesta tesis, s’ha seleccionat una posició amigable en la qual localitzar un acceleròmetre MEMS triaxial. La posició, que consisteix en el lateral de la cintura prop de la cresta ilíaca, va ser seleccionada per maximitzar la comoditat i l’acceptabilitat des del punt de vista del pacient. Assumint aquesta posició, en primer lloc, es presenta un anàlisi dels diferents mètodes existents a la literatura en detecció de passes i, a més, es presenta una nova tècnica de detecció basada en acceleròmetres. Tots els mètodes han estat provats en usuaris sans i en pacients amb la MP; els resultats mostren que el nou mètode obté un percentatge d’encert en la detecció de passes més alt que la resta de mètodes. En segon lloc, s’han seleccionat aquells mètodes d’estimació de la longitud de pas que van ser desenvolupats per a tractar les senyals d’un sensor situat prop de les vèrtebres L4-L5. Aquests mètodes van ser modificats amb la fi de ser adaptats a la nova posició del sensor. Tots ells van ser validats en senyals obtingudes de 25 pacients amb la MP. A més, es proposa un factor de correcció genèric, el qual es compara amb el millor dels mètodes obtinguts per tal de ser usat en lloc d’una calibració individual. A pesar de la variabilitat en la velocitat de la marxa deguda a les fluctuacions motores, el nou mètode assoleix un 96,76% de precisió en la detecció de passes i, respecte l’estimació de la longitud de pas, els mètodes modificats obtenen una major precisió que els originals. El millor d’ells consisteix en un factor de correcció multiplicador que considera les passes de cada costat per separat, proporcionant un error mig de 0,033 m. Finalment, es presenta un nou model de la marxa representada com un pèndul invertit modificat que és utilitzat per analitzar les senyals d’accelerometria obtingudes des del lateral esquerra de la cintura. De forma més concreta, aquest model considera el desplaçament vertical del maluc com un pèndul invertit durant la passa dreta (costat contrari al del sensor). Durant la passa esquerra, el desplaçament durant la fase single suport i double suport es modelitza com un pèndul invertit i un pèndul simple, respectivament. Els resultats obtinguts en 25 pacients amb MP són presentats i discutits. La validesa i fiabilitat del nou model són comparats amb els de tres models diferents. Els resultats experimentals obtinguts mostren que el nou model, anomenat ICE—CETpD, estima la longitud de la passa amb una major precisió que la resta de mètodes seleccionats de la literatura. L’error mitjà d’aquest mètode durant l’estat OFF i ON és de 0, 021 i 0,029 m., respectivament, amb una correlació intraclasse superior a 0,9 en ambdós estats motors. La calibració dels paràmetres del model en cada estat motor ha estat avaluada, obtenint que una calibració en ON proporciona més precisió en els resultats. D’aquesta manera, l’avantatge de l’aproximació proposada residiria en no requerir de senyals en OFF dels pacients amb MP, per la qual cosa no seria necessari que els pacients prescindissin de preses de medicació.

OBJETIVO: El objetivo de esta tesis consiste en el análisis perimétrico, mediante la estrategia TOP, de las alteraciones funcionales producidas en el sistema sensorial visual tras un traumatismo craneoencefálico (TCE) leve, sin hallazgos de interés en la Tomografía Computarizada (TC), y su evolución en el tiempo.MATERIAL Y MÉTODOS: La población de estudio son los 182 pacientes ingresados en la Unidad de Corta Estancia del Hospital General de Castellón durante los años 2001 y 2002, con el diagnóstico TCE leve. El estudio se realiza bajo unos estrictos criterios de inclusión. La metodología del trabajo se basa en la aplicación de un protocolo clínico y un protocolo perimétrico. El protocolo clínico consiste en la recogida al ingreso del paciente de una serie de datos de filiación, datos epidemiológicos, la exploración neurológica al ingreso y una exploración oftalmológica exhaustiva que se realizará en la primera semana tras el TCE y que se repetirá tres meses después. El protocolo perimétrico se basa en la realización de un estudio con el perímetro Octopus 1-2-3 (Haag-Streit AG) mediante la aplicación del programa 32 y la estrategia perimétrica TOP. El análisis consiste en tres exámenes; el primero se realiza, previo entrenamiento perimétrico, en la primera semana tras el TCE, el segundo una hora después del primero, y el tercero se realiza a los tres meses del TCE. Los resultados se expresan en valores de sensibilidad umbral, defecto medio y varianza de pérdida, y se compararan con un grupo control.RESULTADOS: El grupo caso está compuesto por 36 individuos de edades comprendidas entre 15 y 57 años, y el grupo control está formado por 36 individuos de entre 15 y 56 años. Las características epidemiológicas de la muestra no difieren de otros trabajos publicados sobre TCE leve. La exploración oftalmológica realizada en la primera semana tras el TCE, no muestra hallazgos de interés patológico. En el análisis perimétrico se observa que el 80.56% de los pacientes del grupo caso presenta defectos escotomatosos poco profundos de características homónimas. Los valores de Defecto Medio (MD) correspondientes a los tres exámenes del ojo derecho son 3.197, 3.675 y 0.630, respectivamente, y para el ojo izquierdo 2.994, 4.130 y 1.278 respectivamente, observándose un aumento del defecto entre el primer y el segundo examen en ambos ojos y una recuperación del mismo a los tres meses tras el TCE. También se observa un aumento de la Fluctuación a Corto Plazo, con valores de 3.117 y 2.909 para ojo derecho e izquierdo, respectivamente. El 52.1% de los defectos encontrados en el primer examen se reproducen en el segundo examen, siendo homónimos el 96.55% de los mismos. El patrón perimétrico más habitual (58.62%) consiste en defectos escotomatosos homónimos, localizados más frecuentemente en la periferia del CV. No se ha encontrado relación estadística entre los valores de Sensibilidad Media y la localización del TCE. A los tres meses del traumatismo se siguen observando escotomas en el 22.2% de los pacientes.CONCLUSIONES: Tras un TCE leve se produce una alteración funcional del sistema sensorial visual que, perimétricamente, se manifiesta como un deterioro difuso de la sensibilidad retiniana, sobre todo a nivel periférico, con un incremento de la fluctuación de los umbrales. Este defecto es de carácter transitorio y evoluciona, en la mayoría de los casos, hacia una recuperación completa tres meses tras el traumatismo. La estrategia perimétrica TOP presenta las características idóneas de sensibilidad, reproducibilidad, rapidez de ejecución y bajo coste para la evaluación de los posibles trastornos funcionales visuales en este tipo de pacientes. / Purpose: To analyze the visual field in mild brain trauma (MBT)Methods: 36 patients with MBT (GCS among 13-15, without pathology in Computer Tomography, loss of consciousness less than 30 minutes and amnesia less than 24 hours), were examined using the TOP strategy three times (twice a week after the traumatism and once three months later). The results compared with 36 normal controls examined twice.Results: The MD and LV square root (sLV) were significantly higher in the first two examinations (Right eye MD = 3.197 and 3.675 dB, sLV = 2.858 and 2.872 dB; Left eye: MD = 2.994 and 4.130 dB, sLV = 2.664 and 2.986 dB) than in the third one (Right eye: MD = 0.630 dB, sLV = 1.797 dB, Left eye: MD = 1.278 dB, sLV = 1.967 dB) (p<0.01). There were not differences between the MD and sLV of the third exam of the pathological group and the two examinations of the control group (MD = 0.6 and 0.7dB, sLV = 1.9 and 1.8dB) (p>0.05), indicating a complete recovery. The test-retest threshold fluctuation of the pathological group (3.117 +/- 1.101 dB) showed a highly significant difference with regard to the control group (2.909 +/- 1.061 dB) (p<0.01). 28.9% points showed relative scotomas in the first two examinations in MBT group. 52.1% were reproduced in the same position in both examinations and 58.62% coincided in homonimus position.Conclusion: A diffuse and transitory deterioration of the visual sensitivity, with some certain specific topographical preferences, was detected in these patients

L'urani empobrit s'ha utilitzat durant dècades en l'àmbit de la medicina i també ha tingut aplicacions industrials, però no ha estat fins a l'ús militar, en els conflictes del Golf i dels Balcans, que la població s'ha preocupat sobre les possibles conseqüències d'aquesta exposició.La preocupació originada pels problemes de salut que podrien patir les poblacions que es troben en les zones de conflicte en què s'ha emprat munició amb urani empobrit ha plantejat en l'àmbit de la salut ambiental molts interrogants importants.D'altra banda, l'estrès és una resposta altament individualitzada a un repte extern o intern. És evident que la humanitat pot estar exposada a diferents tipus d'estrès, i una situació on es fa especialment evident l'estrès és un conflicte bèl·lic.Com que tant els canvis neurocomportamentals i fisiològics com les alteracions bioquímiques es donen com a resposta a l'estrès, l'exposició concurrent a urani i estrès es podria manifestar com una interacció, per que n'augmenti o en modifiqui els efectes.L'objectiu d'aquest treball és avaluar els efectes de l'exposició a l'urani (UAD) sobre la reproducció i la conducta, així com la influència que l'estrès pot exercir en aquesta exposició.De forma generalitzada, no s'observen variacions en els tests d'aprenentatge realitzats a mascles exposats a UAD, ni en funció de les dosis administrades ni per l'estrès.En aquest estudi s'observa que l'exposició oral a UAD de manera crònica produeix alteracions en la morfologia i la producció d'esperma, així com alteracions morfològiques progressives als túbuls seminífers dels testicles en funció de la dosi. D'altra banda l'administració de dosis elevades d' UAD produeix una important transformació angiomatosa al ronyó. En tots els teixits d'estudis, l' UAD ha provocat una alteració dels sistemes antioxidants.No s'observen, de forma global, diferències significatives en el nombre total d'implantacions, implantacions viables i no viables/ventrada. No obstant això, l' UAD provoca una disminució, no dependent de la dosi, del percentatge de femelles prenyades.En la descendència dels animals exposats a UAD, els diferents paràmetres de desenvolupament físic i neuromotor, així com d'aprenentatge, globalment no es veuen afectats. A més, l'estrès no modifica els resultats.Els resultats d'aquesta tesi doctoral mostren que l'exposició a UAD per via oral crònica en rates produeix signes de toxicitat en testicles, ronyó i cervell. L'estrès, per immobilització, aplicat conjuntament amb l' UAD a les dosis estudiades no en potencia els efectes. No obstant això, aquests resultats no comporten que l'estrès en general es pugui descartar com a factor potenciador del efectes de l'urani en altres dosis. / Depleted uranium has been used in medial and industrial applications for decades but only since its use in military conflicts in the Gulf and the Balkans has public concern been raised about potential health consequences from exposure to it.Moreover, uranium contamination becomes dispersed across the natural environment, thus entering the food chain. It means that for certain populations, the chemical toxic effects of uranium intake can be a matter of notable concern.On the other hand, stress is a highly individualized response of an organism to external or internal challenges. It is obvious that general population, as well as the military personnel are probably subjected to remarkable stressful events or experiences.It is also well known that neurobehavioral changes, together with physiological and biochemical alterations, are common response to stress. Taking into account that humans be potentially exposed to uranium, while they can be also concurrently subjected to stressful situations, the consequences could become apparent as an interaction,like an increase or a decrease of the effects.The main objective of the present study was to assess whether stress could enhance the potential adverse effects of uranium (UAD) on reproduction and behaviour.Neither UAD doses tested nor restraint stress induces alterations in the behavioural tests carried out in adult male rats exposed to uranium.The results of the current study suggest that chronic UAD exposure in males affects sperm production and morphology, as well as reveal dose related tubular and interstitial alterations of the testes. Moreover, histopathological examination of the kidneys revealed an angiomatose transformation in UAD-exposed animals.In brain, testes and kidneys, graded doses of UAD elicit depletion of the antioxidant defence system of the rat and induce oxidative stress.General data on pregnancy outcome measures show, neither in the number of total implants per litter nor in the number of viable and nonviable implants per litter significant differences among groups. However, UAD produced a significant (not dose-related) decrease in the pregnancy rate of treated rats.In the current study, restraint stress did not enhance the induced physical, neuromotor and behavioural changes in the offspring of UADexposed male rats.This doctoral thesis shows that oral UAD exposure in rats causes signs of toxicity in testes, kidneys and brain. The results of this investigation show that at the current UAD doses, restraint stress did not enhance the uranium-induced adverse effects in male rats. However, the influence of stress on these potential toxic effects cannot be discarded.