Drosofila Comportamento di evitamento passivo come nuovo paradigma per studiare l'apprendimento avversivo associativo

L’apprendimento e la memoria sono un meccanismo di adattamento evolutivamente antico all’ambiente, conservato dalla Drosophila (D.) ^all’uomo1. Il moscerino della frutta è un robusto organismo modello per studiare i principi fondamentali dell’apprendimento e della memoria in quanto offre una vasta gamma di potenti strumenti genetici per sezionare i meccanismi molecolari ^intrinseci2. I pionieristici studi di screening genetico, che hanno identificato i geni rutabaga3, amnesia4 e dunce5 fondamentali per l’apprendimento e la ^memoria2, hanno approfittato del condizionamento olfattivo poiché i moscerini della frutta si affidano al loro acuto senso dell’olfatto per trovare cibo, potenziali compagni ed evitare i ^predatori6.

Il condizionamento olfattivo è diventato un paradigma popolare per studiare il meccanismo dell’apprendimento e della memoria, grazie all’introduzione del labirinto a T olfattivo di Tully e ^Quinn7,8. Successivamente, sono stati proposti altri metodi per misurare vari tipi di apprendimento e memoria, tra cui il condizionamento ^visivo9, il condizionamento del corteggiamento10, il saggio di soppressione della fototassi ^avversiva11 e il condizionamento dell’esposizione alle ^vespe12. Tuttavia, la maggior parte di questi test ha una configurazione complessa che deve essere costruita su misura in un laboratorio universitario o acquistata tramite un fornitore. Il paradigma qui descritto si basa su un semplice test comportamentale per studiare l’apprendimento associativo avversivo nelle mosche che può essere facilmente assemblato con poche forniture disponibili.

Il paradigma descritto è equivalente al comportamento passivo (o inibitorio) di evitamento nei topi e nei ratti di laboratorio in cui gli animali imparano a evitare un compartimento in cui hanno precedentemente ricevuto scosse elettriche del ^piede13. Nei muridi, la procedura si basa sulla loro innata evitamento della luce intensa e sulla preferenza per le aree più ^scure14. Nella prima prova, l’animale viene collocato nel compartimento luminoso, da dove l’animale esce rapidamente, entrando in un compartimento buio, dove viene erogata una scossa elettrica del piede. Di solito, una singola prova è sufficiente per formare una solida memoria a lungo termine, con conseguente aumento significativo della latenza 24 ore dopo. La latenza viene quindi utilizzata come indice della capacità dell’animale di ricordare l’associazione tra lo stimolo avversivo e l’ambiente ^specifico15.

Questo lavoro descrive una procedura analoga che utilizza D. come sistema modello che offre diversi vantaggi rispetto ai modelli di roditori, tra cui l’economicità, dimensioni del campione più grandi, l’assenza di supervisione normativa e l’accesso a potenti strumenti ^{genetici16,17}. La procedura si basa sul comportamento negativo della geotaxi, che si manifesta nell’impulso delle mosche di arrampicarsi quando sono posizionate su una superficie ^verticale18. La configurazione è composta da due camere verticali. Nella prima prova, un moscerino della frutta viene posizionato in un compartimento inferiore. Da lì, di solito esce entro 3-15 s, entrando nel compartimento superiore dove riceve una scossa elettrica. Durante una prova di 1 minuto, alcune mosche possono occasionalmente rientrare nel compartimento superiore, il che si traduce in un’ulteriore scossa elettrica. Durante la fase di test, 24 ore dopo, la latenza è notevolmente aumentata. Allo stesso tempo, il numero di shock è diminuito rispetto al primo giorno indicando che le mosche hanno formato una memoria associativa avversa sul compartimento superiore. La latenza, il numero di shock e la durata e la frequenza degli attacchi di toelettatura vengono quindi utilizzati per analizzare il comportamento animale e la capacità di formare e ricordare l’associazione tra lo stimolo avversivo e l’ambiente specifico. I risultati rappresentativi rivelano che l’esposizione alla dieta occidentale (WD) compromette significativamente il comportamento di evitamento passivo nelle mosche maschili, suggerendo che il WD influisce profondamente sul comportamento e sulla cognizione della mosca. Al contrario, l’esercizio di volo ha alleviato l’effetto negativo del WD, migliorando il comportamento di evitamento passivo.