1 Introducción

El campo de la neurociencia conductual ha progresado enormemente en el último siglo e incluye el desarrollo de metodología y herramientas científicas para sondear diversos aspectos de la cognición. La «prueba de reconocimiento de objetos en una sola prueba», realizada por primera vez por Ennaceur y Delacour en 1988, se ha convertido en un modelo ampliamente aceptado para investigar no solo la memoria de reconocimiento de objetos, sino también la memoria de trabajo, la atención, la ansiedad, la neofobia y la neofilia (Antunes y Biala, 2011; Goulart et al., 2010; Silvers et al., 2007) y para evaluar los cambios causados por intervenciones farmacológicas y lesiones cerebrales. Desarrollada por primera vez para roedores, la prueba de reconocimiento de objetos nuevos (NOR) también se utilizó para examinar la memoria en humanos, primates, palomas, hámsters, conejos y peces. Este capítulo describirá cómo se adaptó la prueba NOR y sus variantes para su uso con peces de agua dulce y marina, y cómo se comportaron estos peces en las pruebas NOR y de memoria episódica (ELM).

Según estimaciones recientes, hay más de 32.500 especies de peces en los ecosistemas oceánicos y de agua dulce, y representan aproximadamente la mitad de los vertebrados vivos del planeta (Nelson, 2006). Los peces pueden vivir en entornos muy diferentes y soportar diversos retos fisiológicos que, en última instancia, afectan a sus repertorios de comportamiento. Por ejemplo, algunos peces viven en agua dulce que casi no contiene sal (0,1 mOsmol/kg), mientras que otros prosperan en el mar (∼1000 mOsmol/kg) y hasta en ambientes hipersalinos (2400 mOsmol/kg) (McCormick et al., 2013), y como resultado, requieren procesos ionorreguladores completamente opuestos para equilibrar su medio interno (∼300 mOsmol/kg). Los peces eurihalinos pueden incluso pasar de agua salada a agua de mar (McCormick et al., 2013). Otros peces, como la carpa cruciana (Carassius carassius), pueden vivir en aguas a 4 °C sin oxígeno (anoxia completa) durante varios meses (Nilsson, 2001). Se trata de hazañas fisiológicas que no tienen comparación en los sistemas de los mamíferos. Es posible que, como animales terrestres, no nos relacionemos bien con la vida bajo el agua y no pasemos mucho tiempo observando a los peces en su hábitat natural. Esto hace que tanto los investigadores como el público en general tengan una tendencia general a subestimar las capacidades fisiológicas y mentales de los peces (Brown et al., 2008; Brown, 2014). Sin embargo, a lo largo de los años se han hecho muchos descubrimientos interesantes que permiten conocer sus capacidades cognitivas a partir de su comportamiento en la naturaleza. Por ejemplo, el uso de herramientas por parte de los peces se describió ya en 1958, 3 años antes de que Jane Goodall descubriera el uso de herramientas en los chimpancés (véase Bshary et al., 2002; Patton y Braithwaite, 2015). El pez gato hoplo marrón (Hoplosternum thoracatum) pone huevos y luego segrega una sustancia parecida al pegamento que utiliza para pegar sus huevos a la hojarasca (es decir, una «tableta»). Si surge una amenaza, estos peces recogen esta «pastilla» y trasladan los huevos a un lugar seguro (Armburst, 1958). Se han observado cíclidos africanos (Aequidens paraguayensis) transportando huevos con tabletas de hojas (Keenleyside y Prince, 1976; Timms y Keenleyside, 1975), y se ha observado al pez colmillo negro (Choerodon schoenleinii) agarrando una cáscara en su boca y aplastándola contra una roca, utilizando así un yunque parecido a una roca (Jones et al., 2011). Además, el uso de herramientas se observó recientemente en un estudio de laboratorio con bacalao del Atlántico (Gadus morhua) (Millot et al., 2013). Hay muchas otras descripciones sobre el uso de herramientas, las habilidades espaciales y de navegación y la dinámica social en los peces que están más allá del alcance de este capítulo (para una revisión ver, Brown, 2014; Bshary et al., 2002; Patton y Braithwaite, 2015).

En lo que respecta al aprendizaje y la memoria, entre las diferentes especies de peces, los gobios parecen tener habilidades excepcionales de memoria espacial. Se han estudiado durante el último medio siglo. Observados por primera vez en la naturaleza, estos peces viven en la zona de mareas, donde la columna de agua se eleva durante la marea alta y pueden explorar toda la zona intermareal. Durante la marea baja, la columna de agua disminuye dejando sólo pequeños charcos de agua para que los gobios vivan. Si son estimulados por un depredador durante la marea baja, los gobios se lanzan al aire y saltan de un charco a otro. A menudo, los bordes superiores de los estanques no permiten a los gobios ver su objetivo, lo que requiere una memoria precisa del estanque objetivo (Aronson, 1951, 1971). Esta memoria espacial se estudió en el laboratorio, y se descubrió que puede conservarse hasta 40 días (Aronson, 1971), mucho más que el «lapso de memoria de 3 segundos» en el mito de los peces. Otros estudios demostraron que la memoria se mantenía durante al menos 10 días en una tarea de alternancia espacial en el pez cebra (Williams et al., 2002), durante al menos 12 días en una prueba de discriminación reforzada con alimentos en el cíclido amarillo eléctrico (Labidochromis caeruleus) (Ingraham et al., 2016) y hasta 1 mes en una prueba de memoria implícita en el pez paraíso (Macropodus opercularis) (Csányi et al., 1989). En un paradigma de condicionamiento de rastro apetitivo, el bacalao del Atlántico (G. morhua) demostró la retención de la memoria después de al menos 3 meses (Nilsson et al., 2008) y en una tarea de respuesta de escape, el pez arco iris manchado (Melanotaenia duboulayi) demostró la retención de la memoria 11 meses después de su exposición inicial a la prueba (Brown, 2001). En estos dos últimos estudios, los peces fueron entrenados y evaluados en grupos.

La mayoría de los estudios sobre aprendizaje y memoria realizados en el último siglo se llevaron a cabo con peces de colores alojados en laboratorios o con peces capturados en la naturaleza; sin embargo, en la última década se produjo un aumento de la investigación con el pez cebra (Danio rerio). Este pez se ha convertido en un organismo modelo útil en los estudios de neurociencia del comportamiento y farmacología (Bailey et al., 2015; Kalueff et al., 2013; Levin et al., 2007; Norton y Bally-Cuif, 2010; Tierney, 2011; Mathur y Guo, 2010; Orger y de Polavieja, 2017). Se ha utilizado para investigar muchos aspectos del comportamiento, como la recompensa, el aprendizaje y la memoria, la respuesta a las drogas, la agresión, la ansiedad y el sueño (Collier y Echevarría, 2013; Hamilton et al., 2017b; Holcombe et al., 2013; Perathoner et al., 2016; Norton y Bally-Cuif, 2010). El sistema nervioso central del pez cebra es mucho menos complejo que el de los humanos; sin embargo, se conservan las principales divisiones cerebrales (cerebro anterior, cerebro medio y cerebro posterior) y los sistemas de neurotransmisores (Panula et al., 2010). Con la finalización de la secuenciación de su genoma (Kettleborough et al., 2013), el pez cebra es un modelo de elección para los genetistas debido a la simplicidad en la manipulación mediante técnicas de genética directa (Patton y Zon, 2001) e inversa (Rinkwitz et al., 2011). Por lo tanto, se espera que el uso del pez cebra ayude a determinar los mecanismos neurales y genéticos que controlan los comportamientos básicos y complejos (Holtzman et al., 2016; Blaser y Vira, 2014; Gerlai, 2012; Feierstein et al., 2015; Naumann et al., 2016; Friedrich et al., 2010; Leighton et al., 2018).

Los estudios de aprendizaje y memoria demostraron que el pez cebra es capaz de realizar una amplia gama de tareas de aprendizaje y memoria. Por ejemplo, los peces cebra criados únicamente con alimentos rojos, azules, verdes o blancos mordían con más frecuencia las tiras de plástico del mismo color que el alimento con el que fueron criados en comparación con las tiras de otros colores (Spence y Smith, 2008). En una prueba de laberinto en T con dos brazos de colores distintos, la entrada en el brazo del color «correcto» fue recompensada sistemáticamente con comida. Los peces cebra fueron capaces de realizar una tarea de discriminación visual; mostraron una preferencia por el brazo de color que estaba emparejado con la recompensa de comida (Colwill et al., 2005). En algunas pruebas de comportamiento, también se utilizó un «reforzador negativo» para examinar la memoria asociativa. La feromona de alarma es un compuesto que se libera con la lesión de las células epidérmicas del pez cebra y provoca una respuesta de alarma innata. Hall y Suboski (1995) descubrieron que tras emparejar la feromona de alarma con una luz roja o una molécula odorante como la morfolina (estímulos inicialmente neutros), el pez cebra mostraba una reacción de alarma ante cualquiera de los dos estímulos en ausencia de la feromona de alarma (Hall y Suboski, 1995). La respuesta de evitación es otro tipo de aprendizaje condicionado que implica la administración de estímulos estresantes o nocivos que hacen que el organismo evite el estímulo. Por ejemplo, se puede condicionar al pez cebra para que nade por encima de un obstáculo a la vista de una señal luminosa si esta señal va seguida sistemáticamente de suaves descargas eléctricas (Pradel et al., 1999, 2000). El pez cebra también ha sido probado en paradigmas de aprendizaje espacial. Pueden aprender a nadar hacia lados alternos de una pecera para recoger una recompensa de comida (Smith et al., 2010; Williams et al., 2002) o para evitar un estímulo aversivo (Levin y Chen, 2004). De ahí que una amplia gama de pruebas de aprendizaje y memoria que se han utilizado en roedores se adapten ahora y se realicen con peces cebra.