Shuttle Box Assay en tant qu’outil d’apprentissage associatif pour l’évaluation cognitive dans les études d’apprentissage et de mémoire à l’aide de poissons-zèbres adultes
Summary
L’apprentissage et la mémoire sont des mesures puissantes dans l’étude des troubles cognitifs développementaux, dépendants de la maladie ou induits par l’environnement. La plupart des évaluations cognitives nécessitent un équipement spécialisé et des engagements de temps importants. Cependant, le test de la boîte navette est un outil d’apprentissage associatif qui utilise une boîte de gel conventionnelle pour une évaluation rapide et fiable de la cognition du poisson-zèbre adulte.
Abstract
Les déficits cognitifs, y compris les troubles de l’apprentissage et de la mémoire, sont un symptôme principal de diverses maladies neurodégénératives liées au développement et à l’âge et des lésions cérébrales traumatiques (TCC). Les poissons-zèbres sont un modèle de neuroscience important en raison de leur transparence au cours du développement et de leurs capacités de régénération robustes après un neurotraumatisme. Bien qu’il existe divers tests cognitifs chez le poisson-zèbre, la plupart des évaluations cognitives qui sont rapides examinent l’apprentissage non associatif. Dans le même temps, les tests d’apprentissage associatif nécessitent souvent plusieurs jours ou semaines. Nous décrivons ici un test d’apprentissage associatif rapide qui utilise un stimulus défavorable (choc électrique) et nécessite un temps de préparation minimal. Le test de la boîte de navette, présenté ici, est simple, idéal pour les enquêteurs novices et nécessite un équipement minimal. Nous démontrons qu’à la suite d’un TCC, ce test de boîte navette évalue de manière reproductible le déficit cognitif et la récupération du poisson zèbre jeune au vieux. De plus, le test est adaptable pour examiner la mémoire immédiate ou retardée. Nous démontrons qu’un seul TCC et des événements répétés de TCC affectent négativement l’apprentissage et la mémoire immédiate, mais pas la mémoire retardée. Nous concluons donc que le test de la boîte navette suit de manière reproductible la progression et la récupération des troubles cognitifs.
Introduction
L’apprentissage et la mémoire sont couramment utilisés comme mesures de la déficience cognitive, qui se produit en raison du vieillissement, d’une maladie neurodégénérative ou d’une blessure. Les lésions cérébrales traumatiques (TCC) sont les lésions les plus courantes qui entraînent des déficits cognitifs. Les traumatismes crités sont de plus en plus préoccupants en raison de leur association avec plusieurs troubles neurodégénératifs, tels que la démence frontotemporale et la maladie de Parkinson1,2. De plus, l’augmentation des agrégations bêta-amyloïdes observée chez certains patients atteints de TCC suggère qu’elle peut également être associée au développement de la maladie d’Alzheimer3,4. Les traumatismes crâniens sont souvent le résultat d’un traumatisme contondant et couvrent une gamme de gravités5, les lésions cérébrales légères (miTBI) étant les plus courantes. Cependant, les miTCI sont souvent non signalés et mal diagnostiqués car ils entraînent des troubles cognitifs mineurs pendant une courte période seulement, et les personnes blessées se rétablissent généralement complètement6. En revanche, les événements répétés de miTBI ont été une préoccupation croissante car ils sont très répandus chez les jeunes et les adultes d’âge moyen, peuvent s’accumuler au fil du temps7,peuvent altérer le développement cognitif et exacerber les maladies neurodégénératives1,2,3,4,5,similaires aux personnes qui subissent un TCC modéré ou sévère8.
Le poisson-zèbre (Danio rerio) est un modèle utile pour explorer une variété de sujets en neurosciences, y compris la capacité de régénérer les neurones perdus ou endommagés dans tout le système nerveux central9,10,11,12,13. La régénération neurale a également été démontrée dans le télencéphale, qui contient l’archipallium dans la région dorsale-interne. Cette région neuroanatomique est analogue à l’hippocampe et est probablement nécessaire pour la cognition chez les poissons et pour la mémoire à court terme chezl’homme14,15,16. En outre, le comportement du poisson-zèbre a été largement caractérisé et catalogué17. L’apprentissage a été étudié à travers diverses techniques, y compris l’accoutumance à la réponse de sursasance18, qui peut représenter une forme rapide d’apprentissage non associatif lorsqu’il est effectué en blocs courts et avec une attention particulière au temps de désintégration rapide19. Des tests plus complexes d’apprentissage associatif, tels que les boîtes en T, les labyrinthes plus et la discrimination visuelle20,21 sont utilisés, mais prennent souvent beaucoup de temps, nécessitent des jours ou des semaines de préparation et reposent sur le haut-fond ou le renforcement positif. Nous décrivons ici un paradigme rapide pour évaluer à la fois l’apprentissage associatif et la mémoire immédiate ou retardée. Ce test de boîte navette utilise un stimulus aversif et un conditionnement de renforcement négatif pour évaluer les déficits cognitifs et la récupération après un TCC contondant. Nous démontrons que le poisson-zèbre adulte témoin non endommagé (8-24 mois) apprend de manière reproductible à éviter la lumière rouge dans les 20 essais (<20 minutes d’évaluation) dans la boîte de la navette, avec un degré élevé de cohérence entre les observateurs. De plus, à l’aide de la boîte de navette, nous démontrons que les capacités d’apprentissage et de mémoire chez les adultes (âgés de 8 à 24 mois) sont cohérentes et sont utiles pour doser la cognition avec des déficiences significatives entre différentes sévérités de TCC ou TCC répétés. En outre, cette méthode pourrait être rapidement utilisée comme mesure pour suivre un large éventail de progressions de la maladie ou l’efficacité des interventions médicamenteuses ayant un impact sur le maintien ou le rétablissement de la cognition chez le poisson-zèbre adulte.
Ici, nous fournissons un aperçu pédagogique d’une évaluation cognitive rapide qui peut examiner à la fois l’apprentissage associatif complexe (section 1) et la mémoire en termes de mémoire immédiate et retardée. Ce paradigme fournit une évaluation de la mémoire à court et à long terme d’une tâche cognitive associative apprise (section 2).
Protocol
Representative Results
Discussion
Les troubles cognitifs peuvent avoir un impact significatif et négatif sur la qualité de vie. En raison de la visibilité accrue et de l’occurrence des commotions cérébrales et des lésions cérébrales traumatiques dans l’ensemble de la population, il est important de comprendre comment elles causent des troubles cognitifs et comment les dommages peuvent être minimisés ou inversés. Pour ces raisons, les organismes modèles qui peuvent être testés pour le déclin cognitif jouent un rôle essentiel dans ces ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier les membres du laboratoire Hyde pour leurs discussions réfléchies et les techniciens du Freimann Life Sciences Center pour les soins et l’élevage du poisson-zèbre. Ce travail a été soutenu par le Center for Zebrafish Research de l’Université de Notre Dame, le Center for Stem Cells and Regenerative Medicine de l’Université de Notre Dame, et des subventions du National Eye Institute of NIH R01-EY018417 (DRH), du National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (JTH), du LTC Neil Hyland Fellowship of Notre Dame (JTH), Sentinels of Freedom Fellowship (JTH) et Pat Tillman Scholarship (JTH). Figure 1 réalisée avec BioRender.com.
Materials
| Flashlight | Ultrafire | 9145 | |
| Instant Ocean | Instant Ocean | SS15-10 | |
| Large DNA Gel Box | Fisher Scientific | FB-SB-1316 | Shuttle Box |
| Power Supply | Fisher Scientific | FB-105 |
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