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Ana Neira-Pena estudió la doble licenciatura de Derecho y Administración y Dirección de Empresas (2004-2010) y cursó el Máster de Asesoramiento Jurídico Empresarial (2010-2012) en la Univerdidade da Coruña (España). Posteriormente, desarrolló sus estudios de doctorado en esa misma Universidad (2012-2016), obteniendo la máxima calificación de sobresaliente cum laude por unanimidad con una tesis titulada "La persona jurídica como parte pasiva del proceso penal".
Actualmente, es profesora contratada doctora de la Universidade da Coruña, estando especializada en la materia de Derecho procesal y, particularmente, en temas de Derecho procesal penal. Sus principales líneas de investigación son los medios alternativos de resolución de conflictos, el reconocimiento mutuo de resoluciones penales en el ámbito de la Unión Europea y los procesos penales frente a las personas jurídicas. En relación con esta última línea de investigación, ha publicado dos libros sobre procesos penales frente a personas jurídicas (La instrucción de los procesos penales frente a las personas jurídicas en 2017 y La defensa penal de la persona jurídica en 2018). También ha publicado dieciséis artículos en revistas indexadas y más de una treintena de capítulos de libro en obras colectivos.
Ha desarrollado cuatro estancias de investigación en el extranjero, concretamente en Estados Unidos, Italia, Chile y Brasil, con el fin de estudiar temas procesales y penales tales como modelos de responsabilidad penal corporativa, procesos penales frente a entes corporativos y acciones colectivas.
Ha presentado alrededor de 60 trabajos en congresos nacionales e internacionales y ha participado en más de 10 proyectos de investigación tanto de ámbito nacional como internacional.
Es vicepresidenta de la Sección Española de la Asociación Derecho Penal Internacional (AIDP) desde septiembre de 2019, así como de la Asociación Processulus: jóvenes investigadores en Derecho Procesal desde su constitución en mayo de 2019.