1 Introduktion

Beteende neurovetenskap har gjort enorma framsteg under det senaste århundradet och innefattar utveckling av metoder och vetenskapliga verktyg för att undersöka olika aspekter av kognition. Testet ”one-trial object recognition test”, som först utfördes av Ennaceur och Delacour 1988, har utvecklats till en allmänt accepterad modell för att undersöka inte bara minnet för objektigenkänning utan även arbetsminne, uppmärksamhet, ångest, neofobi och neofili (Antunes och Biala, 2011; Goulart m.fl., 2010; Silvers m.fl., 2007) och för att utvärdera förändringar som orsakas av farmakologiska ingrepp och hjärnskador. Testet för erkännande av nya objekt (NOR), som först utvecklades för gnagare, har också använts för att undersöka minnet hos människor, primater, duvor, hamstrar, kaniner och fiskar. I detta kapitel beskrivs hur NOR-testet och varianter av detta test anpassades för användning på sötvattens- och havsfiskar, och hur dessa fiskar presterade i både NOR-testet och ELM-testet (episodiskt liknande minne).

Enligt färska uppskattningar finns det över 32 500 fiskarter i havets och sötvattnets ekosystem, och de utgör ungefär hälften av de levande ryggradsdjuren på planeten (Nelson, 2006). Fiskar kan leva i vitt skilda miljöer och klara av olika fysiologiska utmaningar som i slutändan påverkar deras beteendemässiga repertoar. Vissa fiskar lever till exempel i sötvatten som nästan inte innehåller något salt (0,1 mOsmol/kg), medan andra trivs i havet (∼1000 mOsmol/kg) och upp till hypersalina (2400 mOsmol/kg) miljöer (McCormick et al., 2013), och som ett resultat av detta kräver de helt motsatta jonoregulatoriska processer för att balansera sin inre miljö (∼300 mOsmol/kg). Euryhalina fiskar kan till och med övergå fram och tillbaka från saltvatten till havsvatten (McCormick et al., 2013). Andra fiskar, som t.ex. krysskarpfen (Carassius carassius), kan leva i vatten vid 4 °C utan syre (fullständig anoxi) i flera månader (Nilsson, 2001). Detta är fysiologiska bedrifter som inte har någon jämförelse i däggdjurens system. Det kan vara så att vi som landlevande djur inte relaterar så bra till livet under vatten och att vi inte ägnar särskilt mycket tid åt att observera fiskar i deras naturliga livsmiljö. Detta leder till att både forskare och allmänheten har en allmän tendens att underskatta fiskars fysiologiska och mentala kapacitet (Brown et al., 2008; Brown, 2014). Det finns dock många intressanta upptäckter under årens lopp som ger en viss inblick i deras kognitiva förmågor baserat på deras beteende i naturen. Till exempel beskrevs fiskars användning av verktyg redan 1958, tre år före Jane Goodalls upptäckt av verktygsanvändning hos schimpanser (se Bshary et al., 2002; Patton och Braithwaite, 2015). Den bruna hoplo-kattfisken (Hoplosternum thoracatum) lägger ägg och utsöndrar sedan en limliknande substans som den använder för att klistra fast sina ägg på bladstrumpor (dvs. en ”tablett”). Om ett hot uppstår plockar dessa fiskar upp denna ”tablett” och förflyttar äggen i säkerhet (Armburst, 1958). Afrikanska ciklider (Aequidens paraguayensis) observerades transportera ägg med hjälp av bladtabletter (Keenleyside och Prince, 1976; Timms och Keenleyside, 1975), och svartfläckiga tuskfiskar (Choerodon schoenleinii) observerades ta ett skal i munnen och slå det mot en sten, och använde på så sätt ett stenliknande städ (Jones et al., 2011). Dessutom observerades nyligen verktygsanvändning i en laboratoriestudie med atlanttorsk (Gadus morhua) (Millot et al., 2013). Det finns många andra beskrivningar av verktygsanvändning, rums- och navigeringsförmåga och social dynamik hos fiskar som ligger utanför ramen för detta kapitel (för en översikt se, Brown, 2014; Bshary et al., 2002; Patton och Braithwaite, 2015).

Med avseende på inlärning och minne, bland olika fiskarter, tycks grundlarverna ha exceptionella rumsliga minnesförmågor. De har studerats under det senaste halvseklet. Dessa fiskar, som först observerades i naturen, lever i tidvattenzonen där vattenpelaren stiger under högvatten och de kan utforska hela intertidalzonen. Vid lågvatten sjunker vattenpelaren och lämnar bara små vattenpölar som grundlarna kan leva i. Om de stimuleras av ett rovdjur under lågvatten blir grundlarna luftburna och hoppar från en bassäng till nästa. Ofta är det så att bassängernas övre kant inte gör det möjligt för grundlarna att se sitt mål, vilket gör att de måste ha ett noggrant minne av målbassängen (Aronson, 1951, 1971). Detta rumsliga minne studerades i laboratoriet och man fann att det kan behållas i upp till 40 dagar (Aronson, 1971), vilket är mycket större än den ”3-sekunders minnesspännvidd” som finns i fiskmyten. Andra studier visade att minnet bibehölls i minst 10 dagar i en uppgift om rumslig alternation hos zebrafiskar (Williams et al., 2002), i minst 12 dagar i ett matförstärkt diskrimineringstest hos den elektriska gula cikliden (Labidochromis caeruleus) (Ingraham et al., 2016) och i upp till en månad i ett implicit minnestestest hos paradisfisken (Macropodus opercularis) (Csányi et al., 1989). I ett paradigm för aptitlig spårkonditionering uppvisade atlanttorsk (G. morhua) minnesretention efter minst 3 månader (Nilsson et al., 2008) och i en flyktreaktionsuppgift uppvisade fläckig regnbågsfisk (Melanotaenia duboulayi) minnesretention 11 månader efter den första exponeringen för testet (Brown, 2001). I de två sistnämnda studierna tränades och testades fisken i grupper.

Majoriteten av studierna om inlärning och minne under det senaste århundradet utfördes på guldfiskar som hållits i laboratorier eller vildfångade fiskar; under det senaste decenniet har dock forskningen om zebrafiskar (Danio rerio) tagit ett rejält uppsving. Denna fisk har blivit en användbar modellorganism i beteende neurovetenskapliga och farmakologiska studier (Bailey et al., 2015; Kalueff et al., 2013; Levin et al., 2007; Norton och Bally-Cuif, 2010; Tierney, 2011; Mathur och Guo, 2010; Orger och de Polavieja, 2017). Det har använts för att undersöka många aspekter av beteende, bland annat belöning, inlärning och minne, reaktion på droger, aggression, ångest och sömn (Collier och Echevarria, 2013; Hamilton et al., 2017b; Holcombe et al., 2013; Perathoner et al., 2016; Norton och Bally-Cuif, 2010). Zebrafiskens centrala nervsystem är mycket mindre komplext än människans, men de viktigaste hjärndivisionerna (främre hjärnan, mellanhjärnan och bakhjärnan) och neurotransmittorsystemen är bevarade (Panula et al., 2010). I och med att dess genomsekvensering har slutförts (Kettleborough et al., 2013) är zebrafisken en populär modell för genetiker på grund av att den är enkel att manipulera med hjälp av framåtriktad (Patton och Zon, 2001) och bakåtriktad genetisk teknik (Rinkwitz et al., 2011). Därför förväntas användningen av zebrafiskar bidra till att fastställa de neurala och genetiska mekanismer som kontrollerar grundläggande och komplexa beteenden (Holtzman et al., 2016; Blaser och Vira, 2014; Gerlai, 2012; Feierstein et al., 2015; Naumann et al., 2016; Friedrich et al., 2010; Leighton et al., 2018).

Studier av inlärning och minne har visat att zebrafiskar kan utföra ett brett utbud av inlärnings- och minnesuppgifter. Till exempel bet zebrafiskar som uppföddes enbart med röd, blå, grön eller vit föda oftare på plastremsor som hade samma färg som den föda de uppföddes med jämfört med remsor med andra färger (Spence och Smith, 2008). I ett T-maze-test med två tydligt färgade armar belönades inträde i armen med den ”rätta” färgen konsekvent med mat. Zebrafiskar kunde utföra en visuell diskrimineringsuppgift; de visade en preferens för den färgade arm som var kopplad till matbelöning (Colwill et al., 2005). I vissa beteendetester användes också en ”negativ förstärkare” för att undersöka det associativa minnet. Alarmferomon är en förening som frigörs vid skada på epidermalcellerna hos zebrafiskar och orsakar en medfödd larmsignal. Hall och Suboski (1995) fann att zebrafiskar, efter att ha kopplat ihop larmpheromonet med ett rött ljus eller en luktmolekyl som morfolin (ursprungligen neutrala stimuli), uppvisade en alarmreaktion på båda stimuli i frånvaro av larmpheromonet (Hall och Suboski, 1995). Undvikandereaktion är en annan typ av betingad inlärning som innebär att man ger stressande eller skadliga stimuli som får organismen att undvika stimuli. Till exempel kan zebrafiskar konditioneras att simma över ett hinder vid synen av en ljussignal om denna signal konsekvent följs av milda elchocker (Pradel et al., 1999, 2000). Zebrafiskar har också testats i paradigm för rumslig inlärning. De kan lära sig att simma till växlande sidor av ett akvarium för att hämta en matbelöning (Smith et al., 2010; Williams et al., 2002) eller för att undvika ett avskräckande stimulus (Levin och Chen, 2004). Därför är ett stort antal inlärnings- och minnestester som har använts på gnagare nu anpassade och utförda av zebrafiskar.