1 Bevezetés
A viselkedési idegtudomány területe óriási fejlődésen ment keresztül az elmúlt évszázadban, és magában foglalja a megismerés különböző aspektusait vizsgáló módszertan és tudományos eszközök fejlesztését. Az először Ennaceur és Delacour által 1988-ban végzett “egypróbás tárgyfelismerési teszt” mára széles körben elfogadott modellé nőtte ki magát nemcsak a tárgyfelismerő memória, hanem a munkamemória, a figyelem, a szorongás, a neofóbia és a neofília vizsgálatára (Antunes és Biala, 2011; Goulart et al., 2010; Silvers et al., 2007), valamint a farmakológiai beavatkozások és agyi elváltozások által okozott változások felmérésére. Az először rágcsálókra kifejlesztett új tárgyfelismerési (NOR) tesztet embereken, főemlősökön, galambokon, hörcsögökön, nyulakon és halakon is alkalmazták a memória vizsgálatára. Ez a fejezet bemutatja, hogyan adaptálták a NOR-tesztet és a teszt változatait édesvízi és tengeri halakkal való használatra, és hogyan teljesítettek ezek a halak mind a NOR, mind az epizódszerű memória (ELM) tesztekben.
A legújabb becslések szerint több mint 32 500 halfaj él az óceáni és édesvízi ökoszisztémákban, és a bolygón élő gerincesek körülbelül felét teszik ki (Nelson, 2006). A halak rendkívül eltérő környezetben élhetnek, és különböző fiziológiai kihívásoknak tudnak ellenállni, amelyek végső soron befolyásolják viselkedési repertoárjukat. Egyes halak például szinte sótlan édesvízben élnek (0,1 mOsmol/kg), míg mások a tengerben (∼1000 mOsmol/kg) és akár hipersós (2400 mOsmol/kg) környezetben is boldogulnak (McCormick et al., 2013), és ennek következtében teljesen ellentétes ionoregulációs folyamatokra van szükségük belső miliőjük (∼300 mOsmol/kg) kiegyensúlyozásához. Az euryhalin halak még a sós vízből a tengervízbe is át tudnak váltani (McCormick et al., 2013). Más halak, mint például a ponty (Carassius carassius) több hónapig képesek 4 °C-os, oxigénmentes (teljes anoxia) vizekben élni (Nilsson, 2001). Ezek olyan élettani bravúrok, amelyeknek nincs párjuk az emlősök rendszerében. Lehet, hogy szárazföldi állatokként nem tudunk jól viszonyulni a víz alatti élethez, és nem töltünk jelentős időt a halak természetes élőhelyükön történő megfigyelésével. Ez ahhoz vezet, hogy a kutatók és a nagyközönség is hajlamos általánosságban alábecsülni a halak fiziológiai és mentális képességeit (Brown et al., 2008; Brown, 2014). Az évek során azonban számos érdekes felfedezés született, amelyek a vadonban tanúsított viselkedésük alapján némi betekintést nyújtanak a kognitív képességeikbe. Például a halak eszközhasználatát már 1958-ban leírták, 3 évvel azelőtt, hogy Jane Goodall felfedezte volna a csimpánzok eszközhasználatát (lásd Bshary et al., 2002; Patton és Braithwaite, 2015). A barna komlóharcsa (Hoplosternum thoracatum) ikrákat rak, majd egy ragasztószerű anyagot választ ki, amelyet arra használ, hogy ikráit a levélszeméthez ragassza (azaz “tablettát”). Veszély esetén ezek a halak felveszik ezt a “tablettát”, és az ikrákat biztonságba helyezik (Armburst, 1958). Afrikai cichlidák (Aequidens paraguayensis) esetében megfigyelték, hogy az ikrákat levéltabletta segítségével szállítják (Keenleyside és Prince, 1976; Timms és Keenleyside, 1975), a feketefoltos tuskóhal (Choerodon schoenleinii) esetében pedig megfigyelték, hogy egy héjat a szájába fog, és azt egy kőhöz ütögeti, tehát egy kőszerű üllőt használ (Jones et al., 2011). Emellett a közelmúltban egy laboratóriumi vizsgálatban az atlanti tőkehal (Gadus morhua) esetében is megfigyelték az eszközhasználatot (Millot et al., 2013). A halak szerszámhasználatáról, térbeli és navigációs képességeiről, valamint szociális dinamikájáról számos más leírás létezik, amelyek meghaladják e fejezet kereteit (áttekintésért lásd, Brown, 2014; Bshary et al., 2002; Patton and Braithwaite, 2015).
A tanulás és a memória tekintetében a különböző halfajok közül úgy tűnik, hogy a gébek kivételes térbeli memória képességekkel rendelkeznek. Az elmúlt fél évszázadban tanulmányozták őket. A vadonban először megfigyelt halak az árapályzónában élnek, ahol a dagály idején a vízoszlop megemelkedik, és a teljes árapály-közi zónát fel tudják fedezni. Apály idején a vízoszlop csökken, így a gébek számára csak kis pocsolyák maradnak, amelyekben élhetnek. Ha az apály idején egy ragadozó ösztönzi őket, a gébek a levegőbe emelkednek, és egyik medencéből a másikba ugrálnak. Gyakran a medencék felső pereme nem teszi lehetővé, hogy a gébek lássák a célpontot, ezért a célmedencét pontosan meg kell jegyezniük (Aronson, 1951, 1971). Ezt a térbeli memóriát laboratóriumban vizsgálták, és megállapították, hogy akár 40 napig is megmaradhat (Aronson, 1971), ami jóval nagyobb, mint a halak mítoszában szereplő “3 másodperces emlékezési idő”. Más vizsgálatok kimutatták, hogy a memória legalább 10 napig fennmarad egy térbeli váltakozási feladatban a zebrahalakban (Williams és mtsai., 2002), legalább 12 napig egy táplálékkal megerősített megkülönböztetési tesztben az elektromos sárga cichlidában (Labidochromis caeruleus) (Ingraham és mtsai., 2016) és akár 1 hónapig egy implicit memóriatesztben a paradicsomhalban (Macropodus opercularis) (Csányi és mtsai., 1989). Egy étvágygerjesztő nyomkövetési paradigmában az atlanti tőkehal (G. morhua) legalább 3 hónap után mutatott memóriamegmaradást (Nilsson et al., 2008), egy menekülési válaszfeladatban pedig a pettyes szivárványoshal (Melanotaenia duboulayi) 11 hónappal a tesztnek való első kitettségük után mutatott memóriamegmaradást (Brown, 2001). A két utóbbi vizsgálatban a halakat csoportosan képezték ki és vizsgálták.
A múlt században a tanulási és memóriavizsgálatok többségét laboratóriumban tartott aranyhalakon vagy vadon fogott halakon végezték; az elmúlt évtizedben azonban megugrott a zebrahalakkal (Danio rerio) végzett kutatások száma. Ez a hal hasznos modellorganizmussá vált a viselkedési idegtudományi és farmakológiai vizsgálatokban (Bailey et al., 2015; Kalueff et al., 2013; Levin et al., 2007; Norton és Bally-Cuif, 2010; Tierney, 2011; Mathur és Guo, 2010; Orger és de Polavieja, 2017). A viselkedés számos aspektusának vizsgálatára használták, beleértve a jutalmazást, a tanulást és a memóriát, a gyógyszerekre adott választ, az agressziót, a szorongást és az alvást (Collier and Echevarria, 2013; Hamilton et al., 2017b; Holcombe et al., 2013; Perathoner et al., 2016; Norton and Bally-Cuif, 2010). A zebrahalak központi idegrendszere jóval kevésbé összetett, mint az emberé, azonban a főbb agyi osztódások (előagy, középagy és hátsóagy) és a neurotranszmitterrendszerek konzerválódtak (Panula és mtsai., 2010). A genom szekvenálásának befejeztével (Kettleborough és mtsai., 2013) a zebrahal a genetikusok által választott modell, mivel az előre (Patton és Zon, 2001) és a fordított genetikai technikák segítségével egyszerűen manipulálható (Rinkwitz és mtsai., 2011). Ezért várható, hogy a zebrahalak használata segíteni fog az alapvető és komplex viselkedéseket irányító neurális és genetikai mechanizmusok meghatározásában (Holtzman és mtsai., 2016; Blaser és Vira, 2014; Gerlai, 2012; Feierstein és mtsai., 2015; Naumann és mtsai., 2016; Friedrich és mtsai., 2010; Leighton és mtsai., 2018).
Tanulási és emlékezeti vizsgálatok kimutatták, hogy a zebrahalak képesek a tanulási és emlékezeti feladatok széles körét végrehajtani. Például a kizárólag piros, kék, zöld vagy fehér táplálékkal nevelt zebrahalak gyakrabban haraptak rá azokra a műanyag csíkokra, amelyek színe megegyezett azzal a táplálékkal, amellyel nevelték őket, mint a más színű csíkokra (Spence és Smith, 2008). A két különböző színű karral végzett T-labirintus tesztben a “helyes” színű karra való belépést következetesen táplálékkal jutalmazták. A zebrahalak képesek voltak vizuális diszkriminációs feladatot végrehajtani; azt a színes kart részesítették előnyben, amelyhez táplálékjutalom párosult (Colwill és mtsai., 2005). Néhány viselkedési tesztben “negatív megerősítőt” is használtak az asszociatív emlékezet vizsgálatára. A riasztó feromon a zebrahalak epidermális sejtjeinek sérülésével felszabaduló vegyület, amely veleszületett riasztási választ vált ki. Hall és Suboski (1995) azt találták, hogy miután a riasztási feromont vörös fénnyel vagy egy szagmolekulával, például morfolinnal párosították (kezdetben semleges ingerek), a zebrahalak riasztási reakciót mutattak bármelyik ingerre a riasztási feromon hiányában (Hall és Suboski, 1995). Az elkerülő válasz a kondicionált tanulás egy másik típusa, amely stresszes vagy káros ingerek beadásával jár, ami arra készteti a szervezetet, hogy elkerülje az ingert. Például a zebrahalak kondicionálhatók arra, hogy egy fényjelzés láttán átússzanak egy akadályon, ha ezt a jelzést következetesen enyhe áramütés követi (Pradel és mtsai., 1999, 2000). A zebrahalakat térbeli tanulási paradigmákban is tesztelték. Képesek megtanulni, hogy egy akvárium váltakozó oldalaira ússzanak egy táplálékjutalom begyűjtése (Smith et al., 2010; Williams et al., 2002) vagy egy averzív inger elkerülése érdekében (Levin és Chen, 2004). Ezért a rágcsálókon alkalmazott tanulási és memóriatesztek széles skáláját adaptálták, és ma már zebrahalakkal is elvégezhetők.