[ca] La present tesi es centra en la necessitat d'implementar noves solucions efectives d'estimulació cerebral per a la recerca bàsica i clínica, amb l'objectiu de millorar la detecció de biomarcadores sensibles i desenvolupar enfocaments innovadors en teràpies cerebrals basades en circuits. Primer, s'emmarca la neurofisiologia bàsica del sistema nerviós central, els mecanismes de plasticitat, l'estimulació cerebral no invasiva (NIBS) i els mètodes de neuroimatge. A partir d'aquest marc, la recerca experimental es desglossa en capítols. El primer capítol aborda l'exploració de les fonts de variabilitat en NIBS i el desenvolupament de noves metodologies de neuroimatge per a l'extracció de biomarcadores causals. Aquestes busquen millorar l'estimació espai-temporal del les senyals electrofisiológiques en les estructures cerebrals d'interès durant els experiments o intervencions amb NIBS. El segon capítol s'enfoca a comprendre millor els efectes de l'estimulació magnètica transcraneal (TMS). A través d'una sèrie d'experiments, que combinen TMS-EEG-EMG neuronavegada, la tesi ofereix noves evidències sobre els principis d'acció de la TMS. Els nostres resultats mostren que la interacció de camps magnètics febles amb els sistemes neuronals corticals provoca predominantment un alliberament inhibitori. Els resultats obren el camí per a noves estratègies terapèutiques de neuromodulació, especialment dirigides a trastorns cerebrals de caràcter inhibitori. El tercer capítol explora els efectes de mètodes d'estimulació basats en xarxes, com l'estimulació transcraneal per corrent directe multifocal (tDCS), en trastorns de moviment i cognitius post-ictus. Situant a pacients post-ictus en el centre d'un assaig experimental preclínic, es desenvolupa un protocol basat en circuits que s'enfoca en xarxes d'atenció, recompensa i motores. Finalment, es conclou que les noves aproximacions en l'estimulació multifocal adaptativa i en temps real milloraran la precisió i efectivitat de les intervencions neurològiques, obrint noves oportunitats per a enfrontar els reptes futurs.

[en] The present thesis is motivated by the urgent need to implement novel effective stimulation solutions for basic and clinical research, paving the way for the detection of sensitive biomarkers with unprecedented spatial resolution and implementing novel approaches for circuit-based brain therapeutics. First of all, basic neurophysiology of the central nervous system, plasticity mechanisms, non-invasive brain stimulation and neuroimaging methods are framed. Next, experimental research conducted is dissected into chapters. The first chapter, aims to explore sources of variability of NIBS outcomes and aims at developing/implementing novel brain-imaging methodologies for improved spatiotemporal electrophysiological signal estimation of the primarily targeted structures in NIBS experiments/interventions. The second chapter aims to better understand the primary effects of transcranial magnetic stimulation. Throughout a series of online and offline experiments combining neuronavigated TMS-EEG-EMG, this thesis apport novel evidence to the principles of action of TMS and pave the way for novel therapeutic neuromodulation strategies to target specifically inhibitory brain disorders. We report unprecedented results indicating a predominant inhibitory release when weak magnetic fields interact with neuronal cortical systems. The third and last chapter aims at implementing and exploring the effects of network-based stimulation methods, with multifocal transcranial direct current stimulation (tDCS) on post-stroke clinical movement and cognitive disorders. Positioning the patient in the center of the research framing tDCS in a pre-clinical experimental trial, a circuit-based NIBS protocol is developed and implemented targeting attentional/reward and motor networks. However, as in every sophisticated neuroscience domain, our results essentially open new questions and challenges. The thesis concludes that new approaches in the field considering multifocal network stimulation, targeting regional and distributed aberrant neural communication leading neurological symptoms, incorporating adaptive brain-state dependent stimulation systems together with automatized real time close-loop stimulation, will enhance the precision and effectivity of our interventions and tackle unprecedented challenges in the following decades.