1 Introducere

Domeniul neuroștiinței comportamentale a progresat foarte mult în ultimul secol și include dezvoltarea metodologiei și a instrumentelor științifice pentru a cerceta diferite aspecte ale cogniției. „Testul de recunoaștere a obiectelor cu o singură încercare” efectuat pentru prima dată de Ennaceur și Delacour în 1988 a devenit un model acceptat pe scară largă pentru a investiga nu numai memoria de recunoaștere a obiectelor, ci și memoria de lucru, atenția, anxietatea, neofobia și neofilia (Antunes și Biala, 2011; Goulart et al., 2010; Silvers et al., 2007) și pentru a evalua modificările cauzate de intervențiile farmacologice și leziunile cerebrale. Dezvoltat inițial pentru rozătoare, testul de recunoaștere a obiectelor noi (NOR) a fost, de asemenea, utilizat pentru a examina memoria la oameni, primate, porumbei, hamsteri, iepuri și pești. Acest capitol va descrie modul în care testul NOR și variantele acestui test au fost adaptate pentru a fi utilizate cu pești de apă dulce și marină, precum și modul în care acești pești s-au comportat atât la testele NOR, cât și la testele de memorie de tip episodic (ELM).

Potrivit unor estimări recente, există peste 32.500 de specii de pești în ecosistemele oceanice și de apă dulce, iar aceștia reprezintă aproximativ jumătate din vertebratele vii de pe planetă (Nelson, 2006). Peștii pot trăi în medii extrem de diferite și pot rezista la diverse provocări fiziologice care, în cele din urmă, le afectează repertoriile comportamentale. De exemplu, unii pești trăiesc în apă dulce care nu conține aproape deloc sare (0,1 mOsmol/kg), în timp ce alții prosperă în mare (∼1000 mOsmol/kg) și până la medii hipersaline (2400 mOsmol/kg) (McCormick et al., 2013) și, ca urmare, au nevoie de procese ionoregulatoare complet opuse pentru a-și echilibra mediul intern (∼300 mOsmol/kg). Peștii eurichalini pot face chiar tranziția înainte și înapoi de la apa sărată la apa de mare (McCormick et al., 2013). Alți pești, cum ar fi crapul crucian (Carassius carassius), pot trăi în ape la 4°C fără niciun fel de oxigen (anoxie completă) timp de mai multe luni (Nilsson, 2001). Acestea sunt performanțe fiziologice care nu au comparație în sistemele mamiferelor. Este posibil ca noi, ca animale terestre, să nu ne raportăm bine la viața subacvatică și să nu petrecem mult timp observând peștii în habitatul lor natural. Acest lucru face ca atât cercetătorii, cât și publicul larg să aibă o tendință generală de subestimare a capacităților fiziologice și mentale ale peștilor (Brown et al., 2008; Brown, 2014). Cu toate acestea, există multe descoperiri interesante de-a lungul anilor care oferă o anumită perspectivă asupra capacităților lor cognitive pe baza comportamentului lor în mediul natural. De exemplu, utilizarea uneltelor de către pești a fost descrisă încă din 1958, cu 3 ani înainte de descoperirea de către Jane Goodall a utilizării uneltelor la cimpanzei (a se vedea Bshary et al., 2002; Patton și Braithwaite, 2015). Peștele pisică maro hoplo (Hoplosternum thoracatum) depune ouă și apoi secretă o substanță asemănătoare lipiciului pe care o folosește pentru a-și lipi ouăle de litiera de frunze (adică o „tabletă”). În cazul în care apare o amenințare, acești pești ridică această „tabletă” și mută ouăle în siguranță (Armburst, 1958). Cichlidele africane (Aequidens paraguayensis) au fost observate transportând ouăle cu ajutorul unor tablete de frunze (Keenleyside și Prince, 1976; Timms și Keenleyside, 1975), iar peștele colțuros negru (Choerodon schoenleinii) a fost observat apucând o cochilie în gură și lovind-o de o stâncă, folosind astfel o nicovală asemănătoare unei stânci (Jones et al., 2011). În plus, utilizarea uneltelor a fost observată recent într-un studiu de laborator cu cod de Atlantic (Gadus morhua) (Millot et al., 2013). Există multe alte descrieri ale utilizării uneltelor, ale abilităților spațiale și de navigație și ale dinamicii sociale la pești care depășesc scopul acestui capitol (pentru o trecere în revistă a se vedea, Brown, 2014; Bshary et al., 2002; Patton și Braithwaite, 2015).

În ceea ce privește învățarea și memoria, dintre diferitele specii de pești, ghioceii par să aibă abilități excepționale de memorie spațială. Aceștia au fost studiați în ultima jumătate de secol. Observați pentru prima dată în sălbăticie, acești pești trăiesc în zona mareelor, unde coloana de apă se ridică în timpul mareei înalte și pot explora întreaga zonă intertidală. În timpul mareei joase, coloana de apă scade, lăsând doar mici bălți de apă în care pot trăi ghioceii. Dacă sunt stimulați de un prădător în timpul mareei joase, ghioceii devin aerieni, sărind de la o baltă la alta. Adesea, marginile superioare ale bazinelor nu permit ghioceilor să își vadă ținta, ceea ce necesită o memorare precisă a bazinului țintă (Aronson, 1951, 1971). Această memorie spațială a fost studiată în laborator și s-a constatat că poate fi reținută timp de până la 40 de zile (Aronson, 1971), mult mai mult decât „intervalul de memorie de 3 secunde” din mitul peștilor. Alte studii au demonstrat că memoria a fost menținută timp de cel puțin 10 zile într-o sarcină de alternanță spațială la peștele zebră (Williams et al., 2002), timp de cel puțin 12 zile într-un test de discriminare consolidată a alimentelor la cichlidul galben electric (Labidochromis caeruleus) (Ingraham et al., 2016) și timp de până la 1 lună într-un test de memorie implicită la peștele paradis (Macropodus opercularis) (Csányi et al., 1989). Într-o paradigmă de condiționare a urmei apetisante, codul de Atlantic (G. morhua) a demonstrat păstrarea memoriei după cel puțin 3 luni (Nilsson et al., 2008), iar într-o sarcină de răspuns la evadare, peștele curcubeu pătat (Melanotaenia duboulayi) a demonstrat păstrarea memoriei la 11 luni de la expunerea inițială la test (Brown, 2001). În ultimele două studii, peștii au fost antrenați și testați în grupuri.

Majoritatea studiilor de învățare și memorie din ultimul secol au fost efectuate pe peștișori aurii adăpostiți în laborator sau pești capturați din mediul sălbatic; cu toate acestea, în ultimul deceniu, a existat o intensificare a cercetărilor cu peștele zebră (Danio rerio). Acest pește a devenit un organism model util în studiile de neuroștiință comportamentală și farmacologie (Bailey et al., 2015; Kalueff et al., 2013; Levin et al., 2007; Norton și Bally-Cuif, 2010; Tierney, 2011; Mathur și Guo, 2010; Orger și de Polavieja, 2017). Acesta a fost utilizat pentru a investiga multe aspecte ale comportamentului, inclusiv recompensa, învățarea și memoria, răspunsul la medicamente, agresivitatea, anxietatea și somnul (Collier și Echevarria, 2013; Hamilton și colab., 2017b; Holcombe și colab., 2013; Perathoner și colab., 2016; Norton și Bally-Cuif, 2010). Sistemul nervos central al peștilor zebră este mult mai puțin complex decât cel al oamenilor; cu toate acestea, principalele diviziuni ale creierului (creierul anterior, creierul mijlociu și creierul posterior) și sistemele de neurotransmițători sunt conservate (Panula et al., 2010). Odată cu finalizarea secvențierii genomului său (Kettleborough et al., 2013), peștele zebră este un model de alegere pentru geneticieni datorită simplității manipulării prin tehnici de genetică directă (Patton și Zon, 2001) și inversă (Rinkwitz et al., 2011). Prin urmare, este de așteptat ca utilizarea peștelui zebră să ajute la determinarea mecanismelor neuronale și genetice care controlează comportamentele de bază și complexe (Holtzman et al., 2016; Blaser și Vira, 2014; Gerlai, 2012; Feierstein et al., 2015; Naumann et al., 2016; Friedrich et al., 2010; Leighton et al., 2018).

Studiile de învățare și memorie au demonstrat că peștele zebră este capabil să efectueze o gamă largă de sarcini de învățare și memorie. De exemplu, peștii zebră care au fost crescuți doar cu hrană roșie, albastră, verde sau albă au mușcat mai frecvent benzile de plastic care aveau aceeași culoare cu hrana cu care au fost crescuți, în comparație cu benzile de alte culori (Spence și Smith, 2008). Într-un test T-maze cu două brațe de culori distincte, intrarea în brațul cu culoarea „corectă” a fost recompensată în mod constant cu hrană. Peștii zebră au fost capabili să efectueze o sarcină de discriminare vizuală; aceștia au arătat o preferință pentru brațul colorat care a fost asociat cu recompensa alimentară (Colwill et al., 2005). În unele teste comportamentale, s-a folosit, de asemenea, un „întăritor negativ” pentru a examina memoria asociativă. Feromonul de alarmă este un compus eliberat odată cu lezarea celulelor epidermice ale peștilor zebră și provoacă un răspuns de alarmă înnăscut. Hall și Suboski (1995) au descoperit că, după ce au asociat feromonul de alarmă cu o lumină roșie sau cu o moleculă mirositoare, cum ar fi morfolina (stimuli inițial neutri), peștii zebră au manifestat o reacție de alarmă la oricare dintre stimuli în absența feromonului de alarmă (Hall și Suboski, 1995). Răspunsul de evitare este un alt tip de învățare condiționată care implică administrarea unor stimuli stresanți sau nocivi care determină organismul să evite stimulul. De exemplu, peștele zebră poate fi condiționat să înoate peste un obstacol la vederea unui semnal luminos dacă acest semnal este urmat în mod constant de șocuri electrice ușoare (Pradel et al., 1999, 2000). Peștii zebră au fost, de asemenea, testați în paradigme de învățare spațială. Aceștia pot învăța să înoate spre părți alternative ale unui acvariu pentru a colecta o recompensă alimentară (Smith et al., 2010; Williams et al., 2002) sau pentru a evita un stimul aversiv (Levin și Chen, 2004). Prin urmare, o gamă largă de teste de învățare și memorie care au fost utilizate la rozătoare sunt acum adaptate și efectuate de peștii zebră.

.