Shuttle Box Assay como uma ferramenta de aprendizagem associativa para avaliação cognitiva em estudos de aprendizagem e memória usando zebrafish adulto

O aprendizado e a memória são rotineiramente usados como métricas de comprometimento cognitivo, o que acontece devido ao envelhecimento, doença neurodegenerativa ou lesão. Lesões cerebrais traumáticas (TBIs) são a lesão mais comum que resulta em déficits cognitivos. Os TBIs são de crescente preocupação devido à sua associação com diversos distúrbios neurodegenerativos, como demência frontotemporal e doença de Parkinson^1,2. Além disso, o aumento das agregações beta-amilóides observadas em alguns pacientes com TCE sugerem que também pode estar associado ao desenvolvimento da doença de Alzheimer^3,4. As TBIs são frequentemente o resultado de um trauma de força bruta e abrangem uma série de gravidades⁵, com lesões cerebrais leves (miTBI) sendo as mais comuns. No entanto, os miTBIs são muitas vezes não relatados e mal diagnosticados porque resultam em pequenos prejuízos cognitivos por apenas um curto período, e os indivíduos feridos geralmente se recuperam plenamente⁶. Em contraste, os repetidos eventos miTBI têm sido uma preocupação crescente, pois é altamente prevalente em adultos jovens e de meia-idade, pode se acumular ao longo do tempo⁷, pode prejudicar o desenvolvimento cognitivo e exacerbar doenças neurodegenerativas^1,2,3,4,5, semelhantes a indivíduos que experimentam um TBI⁸moderado ou grave .

O zebrafish (Danio rerio) é um modelo útil para explorar uma variedade de tópicos na neurociência, incluindo a capacidade de regenerar neurônios perdidos ou danificados em todo o sistema nervoso central^{9,10,11,12,13}. A regeneração neural também foi demonstrada no telencephalon, que contém o arquepião na região dorsal-interior. Esta região neuroanatomética é análoga ao hipocampo e é provavelmente necessária para cognição em peixes e para a memória de curto tempo em humanos^14,15,16. Além disso, o comportamento dos zebrafish tem sido amplamente caracterizado e catalogado¹⁷. A aprendizagem tem sido estudada por meio de diversas técnicas, incluindo a habituação à resposta do início^18,que pode representar uma forma rápida de aprendizagem não associativa quando realizada em blocos curtos e com atenção ao rápido tempo de decadência¹⁹. Testes mais complexos de aprendizagem associativa, como caixas T, mais labirintos e discriminação visual²⁰,²¹ são^usados,mas muitas vezes são demorados, exigem dias ou semanas de preparação e dependem de cardumes ou reforço positivo. Aqui, descrevemos um paradigma rápido para avaliar tanto o aprendizado associativo quanto a memória imediata ou atrasada. Este ensaio da caixa de transporte usa um estímulo aversivo e condicionamento de reforço negativo para avaliar déficits cognitivos e recuperação após tbi de força bruta. Demonstramos que o zebrafish adulto de controle não danificado (8-24 meses) aprende reproduivelmente a evitar a luz vermelha dentro de 20 ensaios (<20 minutos de avaliação) na caixa de transporte, com um alto grau de consistência entre os observadores. Além disso, usando a caixa de transporte demonstramos que as habilidades de aprendizagem e memória em adultos (8-24 meses de idade) são consistentes e são úteis para avaliar a cognição com prejuízos significativos entre diferentes gravidades de TCE ou TBI repetidas. Além disso, este método poderia ser rapidamente empregado como uma métrica para rastrear uma ampla gama de progressões da doença ou eficácia de intervenções medicamentosas que impactam a manutenção ou recuperação da cognição em zebrafish adultos.

Aqui, fornecemos uma visão geral instrutiva de uma rápida avaliação cognitiva que pode examinar tanto o aprendizado associativo complexo (seção 1) quanto a memória em termos de memória imediata e retardada. Esse paradigma fornece uma avaliação da memória de curto e longo prazo de uma tarefa cognitiva associativa aprendida (seção 2).