Shuttle Box Assay como herramienta de aprendizaje asociativo para la evaluación cognitiva en estudios de aprendizaje y memoria utilizando pez cebra adulto

El aprendizaje y la memoria se utilizan rutinariamente como métricas de deterioro cognitivo, que ocurre debido al envejecimiento, enfermedades neurodegenerativas o lesiones. Las lesiones cerebrales traumáticas (LCT) son la lesión más común que resulta en déficits cognitivos. Las LCT son de creciente preocupación debido a su asociación con varios trastornos neurodegenerativos, como la demencia frontotemporal y la enfermedad de Parkinson^1,2. Además, el aumento de las agregaciones beta-amiloides observadas en algunos pacientes con LCT sugiere que también puede estar asociado con el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer^3,4. Las LCT a menudo son el resultado de un traumatismo por fuerza contundente y abarcan una variedad de gravedades^{5, siendo}las lesiones cerebrales leves (miTBI) las más comunes. Sin embargo, los miTBIs a menudo no se informan y se diagnostican erróneamente porque resultan en deficiencias cognitivas menores durante un corto período, y los individuos lesionados generalmente se recuperan por completo⁶. En contraste, los eventos repetidos de miTBI han sido una preocupación creciente porque es altamente prevalente en adultos jóvenes y de mediana edad, puede acumularse con el tiempo^7,puede afectar el desarrollo cognitivo y exacerbar las enfermedades neurodegenerativas^1,2,3,4,5,similar a las personas que experimentan una LCT moderada o grave^8.

El pez cebra(Danio rerio)es un modelo útil para explorar una variedad de temas en neurociencia, incluida la capacidad de regenerar neuronas perdidas o dañadas en todo el sistema nervioso central^{9,10,11,12,13}. La regeneración neuronal también se demostró en el telencéfalo, que contiene el archipalio en la región dorsal-interna. Esta región neuroanatómica es análoga al hipocampo y es probable que sea necesaria para la cognición en peces y para la memoria de corto tiempo en humanos^14,15,16. Además, el comportamiento del pez cebra ha sido ampliamente caracterizado y catalogado¹⁷. El aprendizaje ha sido estudiado a través de diversas técnicas, entre ellas la habituación a la respuesta de sobresalto^18,que puede representar una forma rápida de aprendizaje no asociativo cuando se realiza en bloques cortos y con atención al rápido tiempo de decaimiento¹⁹. Se utilizan pruebas más complejas de aprendizaje asociativo, como T-boxes, laberintos plus y discriminación visual^20,21, pero a menudo consumen mucho tiempo, requieren días o semanas de preparación y dependen de cardúmenes o refuerzo positivo. Aquí, describimos un paradigma rápido para evaluar tanto el aprendizaje asociativo como la memoria inmediata o retardada. Este ensayo de caja de lanzadera utiliza un estímulo aversivo y un condicionamiento de refuerzo negativo para evaluar los déficits cognitivos y la recuperación después de una LCT de fuerza contundente. Demostramos que el pez cebra adulto de control no dañado (8-24 meses) aprende de manera reproducible a evitar la luz roja dentro de los 20 ensayos (<20 minutos de evaluación) en la caja del transbordador, con un alto grado de consistencia entre los observadores. Además, utilizando la caja lanzadera demostramos que las habilidades de aprendizaje y memoria en adultos (8-24 meses de edad) son consistentes y son útiles para analizar la cognición con deficiencias significativas entre diferentes severidades de TBI o TBI repetidas. Además, este método podría emplearse rápidamente como una métrica para rastrear una amplia gama de progresiones de la enfermedad o la eficacia de las intervenciones farmacológicas que afectan el mantenimiento o la recuperación de la cognición en el pez cebra adulto.

Aquí, proporcionamos una visión general instructiva de una evaluación cognitiva rápida que puede examinar tanto el aprendizaje asociativo complejo (sección 1) como la memoria en términos de memoria inmediata y retardada. Este paradigma proporciona una evaluación de la memoria a corto y largo plazo de una tarea cognitiva asociativa aprendida (sección 2).