La tarea de comportamiento de elección de tres cámaras utilizando el pez cebra como sistema modelo
Summary
Presentamos una cámara conductual diseñada para evaluar el rendimiento cognitivo. Proporcionamos datos que muestran que una vez adquirido, el pez cebra recuerda la tarea 8 semanas después. También mostramos que el pez cebra hiperglucémico ha alterado el rendimiento cognitivo, lo que indica que este paradigma es aplicable a los estudios que evalúan la cognición y la memoria.
Abstract
Las enfermedades neurodegenerativas dependen de la edad, son debilitantes e incurables. Informes recientes también han correlacionado la hiperglucemia con cambios en la memoria y / o deterioro cognitivo. Hemos modificado y desarrollado una tarea cognitiva de elección de tres cámaras similar a la utilizada con roedores para su uso con peces cebra hiperglucémicos. La cámara de prueba consta de una cámara de partida ubicada en el centro y dos compartimentos de elección a cada lado, con un banco de conespecíficos utilizados como recompensa. Proporcionamos datos que muestran que una vez adquirido, el pez cebra recuerda la tarea al menos 8 semanas después. Nuestros datos indican que el pez cebra responde de manera robusta a esta recompensa, y hemos identificado déficits cognitivos en peces hiperglucémicos después de 4 semanas de tratamiento. Este ensayo conductual también puede ser aplicable a otros estudios relacionados con la cognición y la memoria.
Introduction
Las enfermedades neurodegenerativas dependen de la edad, son debilitantes e incurables. Estas enfermedades están aumentando en prevalencia, lo que resulta en una necesidad urgente de mejorar y desarrollar nuevas estrategias terapéuticas. El inicio y la presentación de cada enfermedad es única, ya que algunas afectan a las regiones del lenguaje, motoras y del cerebro autónomo, mientras que otras causan déficits de aprendizaje y pérdida de memoria1. En particular, los déficits cognitivos y/o el deterioro son las complicaciones más prevalentes en todas las enfermedades neurodegenerativas2. Con la esperanza de arrojar luz sobre los mecanismos subyacentes involucrados en estas enfermedades neurodegenerativas, se ha empleado el uso de muchos sistemas modelo diferentes (incluidos organismos unicelulares a Drosophila a vertebrados de orden superior como roedores y humanos); sin embargo, la mayoría de las enfermedades neurodegenerativas siguen siendo incurables.
El aprendizaje y la memoria son procesos altamente conservados entre los organismos, ya que los cambios constantes en el medio ambiente requieren adaptación3. El deterioro tanto en la cognición como en la plasticidad sináptica se ha demostrado en varios modelos de roedores. Específicamente, los ensayos conductuales bien establecidos utilizan el aprendizaje asociativo para evaluar los cambios cognitivos después de diversas enfermedades y trastornos inducidos por el deterioro4. Además, la reversión de la discriminación de contraste evalúa los déficits cognitivos porque involucra funciones de aprendizaje y memoria de orden superior, y la reversión depende de la inhibición de una asociación previamente aprendida. La tarea de elección de tres cámaras ampliamente utilizada aclara posibles déficits en las vías de aprendizaje y memoria del sistema nervioso central5,6. Recientemente, este campo se ha expandido para incluir modelos no mamíferos, como el pez cebra(Danio rerio),ya que se han desarrollado varios paradigmas para un rango de edades desde larvas hasta adultos7,8.
El pez cebra proporciona un equilibrio de complejidad y simplicidad que es ventajoso para la evaluación de deficiencias cognitivas con técnicas conductuales. En primer lugar, el pez cebra es susceptible de un cribado conductual de alto rendimiento dado su pequeño tamaño y su prolífica naturaleza reproductiva. En segundo lugar, el pez cebra posee una estructura, el palio lateral, que es análogo al hipocampo de los mamíferos, ya que tiene marcadores neuronales y tipos de células similares7. Los peces cebra también son capaces de adquirir y recordar información espacial9 y, al igual que los humanos, son diurnos10. Por lo tanto, no es sorprendente que el pez cebra se esté utilizando como modelo para enfermedades neurodegenerativas con una frecuencia cada vez mayor. Sin embargo, la ausencia de ensayos conductuales apropiados ha dificultado la aplicación del modelo de pez cebra para las evaluaciones cognitivas. El trabajo publicado utilizando ensayos de comportamiento específicos del pez cebra incluye tareas de aprendizaje asociativo11,comportamiento de ansiedad12,memoria13,reconocimientode objetos 14y preferencia de lugar condicionado15,16,17,18,19. Aunque ha habido muchos desarrollos con respecto a los ensayos de comportamiento del pez cebra, las contrapartes para algunas pruebas de funciones cognitivas en roedores aún no se han desarrollado para su uso con el pez cebra18.
Basándonos en estudios previos de nuestro laboratorio, modelamos / desarrollamos una tarea cognitiva en pez cebra basada en la tarea de elección de tres cámaras utilizada con roedores que utilizan la interacción social como recompensa. Además, ampliamos el aspecto de aprendizaje asociativo de la tarea conductual e incorporamos la inversión de la discriminación por contraste con la esperanza de desarrollar aún más esta tarea conductual para evaluar el deterioro cognitivo. Esto nos permitió examinar tanto la adquisición inicial del aprendizaje de la discriminación como la posterior inhibición de ese aprendizaje en la fase de reversión. En el estudio actual, demostramos que este procedimiento proporcionó un método confiable para evaluar el funcionamiento cognitivo en el pez cebra después de la inmersión en glucosa durante 4 u 8 semanas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aunque ha habido un tremendo crecimiento en la cantidad y variedad de investigaciones de neurociencia realizadas con peces cebra en los últimos 15 años24,faltan ensayos de comportamiento en esta especie en comparación con los sistemas modelo de mamíferos11,25,26. Aquí, mostramos que una tarea de elección de tres cámaras desarrollada para su uso con roedores se puede adaptar para evaluar la adquisic…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a Sabrina Jones por su ayuda para adaptar un paradigma de elección de roedores de tres cámaras al modelo de pez cebra y a Jeremy Popowitz y Allison Murk por su ayuda en los días de recolección de comportamiento, asistencia con las pruebas de ejecución, cuidado de animales y configuración de tanques. Un agradecimiento especial también a James M. Forbes (Ingeniero Mecánico) por su ayuda con el diseño y la construcción del tanque de 3 cámaras.
Financiamiento: VPC y TLD recibieron una subvención conjunta de Apoyo a la Investigación de la Facultad (FRSG) de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad Americana. CJR recibió el apoyo de American University College of Arts and Sciences Graduate Student Support.
Materials
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