Motivación: La demencia es un conjunto de enfermedades neurodegenerativas que afectan a la memoria y otras habilidades cognitivas, cuyas opciones de tratamiento son actualmente limitadas. Cada tipo de demencia se caracteriza por distintos cambios patológicos en el tejido cerebral. Aunque su diagnóstico clínico ha mejorado en los últimos años, sólo pueden diagnosticarse de forma definitiva mediante una evaluación neuropatológica, tras el fallecimiento del paciente. Además, la mayoría de los pacientes con demencia presentan más de una patología, haciendo necesarios biomarcadores más completos para la estratificación precisa de pacientes en ensayos clínicos y la optimización de sus opciones terapéuticas.Objetivos: En esta tesis, hemos estudiado cambios en la estructura cerebral detectables por resonancia magnética (RM) en pacientes con demencia, en el contexto de la patología mixta.Para ello, a lo largo de cuatro capítulos experimentales, hemos utilizado datos de seguimiento de un grupo de pacientes con evaluación neuropatológica post mortem.Hallazgos: En el primer capítulo, hemos validado una nueva descripción histológica de la esclerosis del hipocampo (EH), una patología frecuente en pacientes con demencia, a través de diferencias clínicas, patológicas y estructurales. Con un análisis longitudinal del volumen del hipocampo, hemos demostrado que los cambios estructurales asociados a la EH pueden detectarse más de una década antes de la muerte. En el segundo capítulo, hemos explorado diferencias en densidad de sustancia gris a lo largo del cerebro, incluyendo análisis longitudinales que revelan un impacto de la patología de Alzheimer en la tasa de atrofia cerebral durante la última década de vida. En el tercer capítulo, hemos analizado la contribución de la patología combinada a la carga cuantitativa y espacial de las lesiones de sustancia blanca. Finalmente, el cuarto capítulo presenta una descripción de la topografía de la patología de Alzheimer (tau y beta-amiloide) a lo largo del hipocampo. Estos análisis se han implementado mediante una novedosa técnica de reconstrucción cerebral en 3D, combinada con herramientas de procesamiento de RM e histología cuantitativa.Conclusiones: Esta tesis describe patrones estructurales asociados a diferentes patologías de la demencia, considerando su impacto combinado, ampliando las posibilidades de la RM como biomarcador clínico. Además, este trabajo caracteriza la topografía de la patología de Alzheimer en el hipocampo, y presenta una metodología ampliamente aplicable para estudiar otros gradientes patológicos en 3D, que pueden contribuir a comprender mejor la progresión de la enfermedad y la heterogeneidad entre pacientes.