1 Úvod

Obor behaviorální neurovědy zaznamenal v minulém století obrovský pokrok a zahrnuje vývoj metodologie a vědeckých nástrojů pro zkoumání různých aspektů poznávání. Z „testu rozpoznávání objektů v jednom pokusu“, který poprvé provedli Ennaceur a Delacour v roce 1988, se stal široce uznávaný model pro zkoumání nejen paměti pro rozpoznávání objektů, ale také pracovní paměti, pozornosti, úzkosti, neofobie a neofilie (Antunes a Biala, 2011; Goulart et al., 2010; Silvers et al., 2007) a pro posuzování změn způsobených farmakologickými zásahy a mozkovými lézemi. Test rozpoznávání nových objektů (NOR), který byl poprvé vyvinut pro hlodavce, byl použit také ke zkoumání paměti u lidí, primátů, holubů, křečků, králíků a ryb. V této kapitole bude popsáno, jak byly test NOR a varianty tohoto testu upraveny pro použití se sladkovodními a mořskými rybami a jak si tyto ryby vedly v testech NOR a epizodické paměti (ELM).

Podle posledních odhadů žije v oceánských a sladkovodních ekosystémech přes 32 500 druhů ryb, které tvoří přibližně polovinu žijících obratlovců na planetě (Nelson, 2006). Ryby mohou žít ve značně odlišných prostředích a odolávat různým fyziologickým výzvám, které v konečném důsledku ovlivňují jejich behaviorální repertoár. Některé ryby například žijí ve sladké vodě neobsahující téměř žádnou sůl (0,1 mOsmol/kg), zatímco jiným se daří v moři (∼1000 mOsmol/kg) a až v hypersalinním prostředí (2400 mOsmol/kg) (McCormick et al., 2013), v důsledku čehož vyžadují zcela opačné ionoregulační procesy, aby vyrovnaly své vnitřní prostředí (∼300 mOsmol/kg). Euryhalinní ryby mohou dokonce přecházet ze slané vody do mořské a zpět (McCormick et al., 2013). Jiné ryby, například karas obecný (Carassius carassius), mohou žít ve vodách o teplotě 4 °C bez jakéhokoli kyslíku (úplná anoxie) po dobu několika měsíců (Nilsson, 2001). To jsou fyziologické výkony, které nemají u savců srovnání. Je možné, že jako suchozemští živočichové nemáme dobrý vztah k životu pod vodou a netrávíme významnou dobu pozorováním ryb v jejich přirozeném prostředí. To vede k tomu, že výzkumníci i široká veřejnost mají obecně tendenci podceňovat fyziologické a mentální schopnosti ryb (Brown et al., 2008; Brown, 2014). V průběhu let však došlo k mnoha zajímavým objevům, které na základě jejich chování ve volné přírodě poskytují určitý vhled do jejich kognitivních schopností. Například používání nástrojů rybami bylo popsáno již v roce 1958, tedy 3 roky před objevem Jane Goodallové o používání nástrojů u šimpanzů (viz Bshary et al., 2002; Patton a Braithwaite, 2015). Sumec hnědý hoplo (Hoplosternum thoracatum) klade jikry a poté vylučuje látku podobnou lepidlu, kterou používá k přilepení jiker k listovému opadu (tj. k „tabletě“). V případě ohrožení tyto ryby tuto „tabletu“ seberou a přemístí jikry do bezpečí (Armburst, 1958). Bylo pozorováno, že africké cichlidy (Aequidens paraguayensis) přenášejí jikry pomocí listových tablet (Keenleyside a Prince, 1976; Timms a Keenleyside, 1975), a u tlamovce černého (Choerodon schoenleinii) bylo pozorováno, že uchopil skořápku do tlamy a rozbil ji o kámen, tedy použil kovadlinu podobnou kameni (Jones et al., 2011). Kromě toho bylo používání nástrojů nedávno pozorováno v laboratorní studii u tresky obecné (Gadus morhua) (Millot et al., 2013). Existuje mnoho dalších popisů používání nástrojů, prostorových a navigačních schopností a sociální dynamiky u ryb, které přesahují rámec této kapitoly (přehled viz Brown, 2014; Bshary et al., 2002; Patton a Braithwaite, 2015).

Co se týče učení a paměti, zdá se, že mezi různými druhy ryb mají hrouzci výjimečné schopnosti prostorové paměti. Jejich studium probíhá již půl století. Tyto ryby, které byly poprvé pozorovány ve volné přírodě, žijí v přílivové zóně, kde se vodní sloupec během přílivu zvedá, a mohou tak prozkoumat celou mezipřílivovou zónu. Během odlivu se vodní sloupec snižuje, takže žáby mohou žít pouze v malých vodních tůních. Pokud je během odlivu podněcuje dravec, vznášejí se chocholouši ve vzduchu a skáčou z jedné tůňky do druhé. Horní okraje tůní často neumožňují chocholoušům vidět cíl, což vyžaduje přesné zapamatování cílové tůně (Aronson, 1951, 1971). Tato prostorová paměť byla zkoumána v laboratoři a bylo zjištěno, že může být zachována až 40 dní (Aronson, 1971), což je mnohem více než „třívteřinová paměť“ v rybím mýtu. Další studie prokázaly, že paměť se udržuje nejméně 10 dní v úloze prostorového střídání u zebřiček (Williams a kol., 2002), nejméně 12 dní v testu diskriminace posílené potravou u žluté cichlidy elektrické (Labidochromis caeruleus) (Ingraham a kol., 2016) a až 1 měsíc v testu implicitní paměti u rajské rybky (Macropodus opercularis) (Csányi a kol., 1989). V apetitivním paradigmatu podmiňování stop treska atlantská (G. morhua) prokázala uchování paměti po nejméně 3 měsících (Nilsson et al., 2008) a v úloze únikové reakce duhovka skvrnitá (Melanotaenia duboulayi) prokázala uchování paměti 11 měsíců po svém prvním vystavení testu (Brown, 2001). V obou posledně jmenovaných studiích byly ryby trénovány a testovány ve skupinách.

Většina studií učení a paměti v minulém století byla prováděna na zlatých rybkách chovaných v laboratoři nebo na rybách chovaných ve volné přírodě; v posledním desetiletí však došlo k prudkému nárůstu výzkumu se zebřičkami (Danio rerio). Tato ryba se stala užitečným modelovým organismem v behaviorálních neurovědách a farmakologických studiích (Bailey et al., 2015; Kalueff et al., 2013; Levin et al., 2007; Norton a Bally-Cuif, 2010; Tierney, 2011; Mathur a Guo, 2010; Orger a de Polavieja, 2017). Byl použit ke zkoumání mnoha aspektů chování, včetně odměny, učení a paměti, reakce na drogy, agrese, úzkosti a spánku (Collier a Echevarria, 2013; Hamilton et al., 2017b; Holcombe et al., 2013; Perathoner et al., 2016; Norton a Bally-Cuif, 2010). Centrální nervová soustava zebřiček je mnohem méně složitá než u člověka, nicméně hlavní mozkové oddíly (přední mozek, střední mozek a zadní mozek) a neurotransmiterové systémy jsou zachovány (Panula et al., 2010). Po dokončení sekvenování jejího genomu (Kettleborough et al., 2013) je zebřička pro genetiky oblíbeným modelem díky jednoduchosti manipulace pomocí přímých (Patton a Zon, 2001) a zpětných genetických technik (Rinkwitz et al., 2011). Proto se očekává, že použití zebřiček pomůže při určování nervových a genetických mechanismů ovládajících základní a komplexní chování (Holtzman et al., 2016; Blaser a Vira, 2014; Gerlai, 2012; Feierstein et al., 2015; Naumann et al., 2016; Friedrich et al., 2010; Leighton et al., 2018).

Studie učení a paměti prokázaly, že zebřičky jsou schopny provádět širokou škálu úkolů učení a paměti. Například zebřičky, které byly chovány výhradně s červenou, modrou, zelenou nebo bílou potravou, častěji kousaly plastové proužky stejné barvy jako potrava, se kterou byly chovány, ve srovnání s proužky jiných barev (Spence a Smith, 2008). V testu T-maze se dvěma výrazně barevnými rameny byl vstup do ramene „správné“ barvy důsledně odměňován potravou. Zebřičky byly schopny plnit úkol vizuální diskriminace; vykazovaly preferenci barevného ramene, které bylo spojeno s potravní odměnou (Colwill et al., 2005). V některých behaviorálních testech byl ke zkoumání asociativní paměti použit také „negativní posilovač“. Alarmový feromon je sloučenina uvolňovaná při poranění epidermálních buněk zebřiček a vyvolává vrozenou poplachovou reakci. Hall a Suboski (1995) zjistili, že po spojení poplašného feromonu s červeným světlem nebo pachovou molekulou, jako je morfolin (původně neutrální podněty), projevily zebřičky poplašnou reakci na oba podněty v nepřítomnosti poplašného feromonu (Hall a Suboski, 1995). Vyhýbavá reakce je dalším typem podmíněného učení, které zahrnuje podávání stresujících nebo noxických podnětů, které způsobí, že se organismus podnětu vyhne. Například zebřičky lze podmínit tím, že při spatření světelného signálu přeplavou přes překážku, pokud po tomto signálu důsledně následují mírné elektrické šoky (Pradel a kol., 1999, 2000). Zebřičky byly také testovány v paradigmatech prostorového učení. Mohou se naučit plavat na střídavé strany akvária s cílem získat potravní odměnu (Smith et al., 2010; Williams et al., 2002) nebo se vyhnout averzivnímu podnětu (Levin a Chen, 2004). Proto je nyní široká škála testů učení a paměti, které se používaly u hlodavců, přizpůsobena a prováděna zebřičkami.

.