Un nuevo sistema desarrollado por los investigadores de Janelia que persigue el pez cebra larval alrededor de una area con robots depredadores está permitiendo a los científicos comprender cómo los peces de estos días aprenden rápidamente en el mundo actual.
El pez cebra larval es una herramienta invaluable para los neurocientíficos, que usan los peces pequeños y transparentes para investigar cómo el cerebro controla el comportamiento, pero ha sido difícil para los científicos estudiar el aprendizaje en estos vertebrados en desarrollo, una parte importante de la comprensión de cómo funciona el cerebro.
Investigaciones anteriores encontraron que el pez cebra joven puede aprender asociaciones simples. Pero este tipo de aprendizaje ocurre lenta y a menudo imprevisto, y todavía no estaba claro si el pez cebra de los días puede aprender lo suficientemente rápido como para usar su memoria en situaciones naturales, como reconocer y evitar nuevos depredadores.
Los investigadores de Janelia dirigidos por el científico postdoctoral Dhruv Zocchi y la líder de grupo senior, Misha Ahrens, pensaron que las formas tradicionales de probar el aprendizaje en el pez cebra larval en el laboratorio, donde las condiciones estaban lejos de lo que el pez encontraría en la naturaleza, no podrían ser efectivas. descubriendo cómo aprenden los peces.
En cambio, el equipo decidió simular una experiencia de la vida actual: ser perseguido por algo que inicialmente no parece un depredador. Para modelar esto, los investigadores usaron pequeños cilindros robóticos, con algunos programados para mostrar características similares a los depredadores.
Utilizando este nuevo sistema, los investigadores hicieron el descubrimiento inesperado de que no solo podría el pez cebra larval aprender de manera robusta y extremadamente rápida en un contexto más pure, sino que también podrían hacerlo solo cinco días después de comenzar sus vidas como células individuales. Los investigadores mostraron que el pez cebra larval aprendió rápidamente a reconocer los robots no depredadores y depredadores y aprendió a evitar este último.
“Period una pregunta abierta: cuán inteligente period el pez cebra larval en términos de poder aprender rápidamente”, cube Ahrens. “Dhruv tenía la intuición correcta sobre cómo hacerlo y la audacia correcta para probar algo muy diferente”.
Simulando el aprendizaje de la vida actual
En la naturaleza, los depredadores de un pez cebra no siempre son los mismos: pueden variar de generación en generación a medida que el pez cebra y los depredadores migran. En estas situaciones, los peces deben aprender rápidamente quién en su entorno para evitar, por lo que el equipo pensó que este sería un contexto splendid para probar las capacidades de aprendizaje del pez cebra larval.
Para simular esta experiencia, los investigadores primero colocaron un robotic en una area con un pez cebra que nadan libremente. Mientras el robotic period estacionario, el pez exploraba toda la area, incluido el área alrededor del robotic.
Luego, los investigadores hicieron que el robotic persiguiera a los peces durante aproximadamente un minuto antes de volver a estar estacionado. Solo un minuto de perseguir permitió al pez aprender que el robotic podría ser peligroso, lo que resulta en que el pez evite el área alrededor del robotic durante más de una hora, un gran cambio del comportamiento no evitador antes de la experiencia de persecución.
Además, cuando los investigadores introdujeron un segundo robotic que no perseguía al pez, los peces evitarían solo el robotic que lo perseguía, mostrando una capacidad bien desarrollada para distinguir a las entidades peligrosas de las entidades benignas en el medio ambiente.
Juntos, estos experimentos sugieren que después de solo un minuto de entrenamiento, los peces aprendieron a evitar el robotic Predator, un recuerdo que persistió durante más de una hora. Esto fue particularmente sorprendente dado el hecho de que una larva en desarrollo del pez cebra contiene solo el 1 por ciento de las neuronas en su contraparte adulta.
“Cuando se trata de un organismo como el pez cebra larval joven, que todavía está en desarrollo y que aún no tiene sus capacidades cognitivas completas, resulta que no siempre puede confiar en estas técnicas más estandarizadas y es útil volver Tareas más naturalistas y ecológicamente relevantes que pueden realizar “, cube Zocchi. “Esa fue la motivación para tomar este enfoque menos estándar y, en cierto sentido, más desordenado con estos robots moviéndose. Pero como vimos, ese comportamiento desbloqueado que no habíamos visto en el pasado”.
Una purple cerebral multirregional
Las imágenes de todo el cerebro del cerebro del pez cebra revelaron dos señales vinculadas que se requieren para que los peces aprendan a reconocer y evitar el robotic de depredadores.
Una señal de enseñanza rápida proviene del sistema noradrenérgico del pez, con células en el cerebro posterior, una región que controla las funciones esenciales, que responde al depredador que se acerca. Una señal más lenta distribuida a través del cerebro anterior, una región asociada con el aprendizaje y la planificación, codifica la presencia del robotic depredador. Ambas regiones son necesarias para el aprendizaje, y el silenciamiento de cualquiera de ellas elimina la capacidad del pez para aprender. Los investigadores encontraron que la Habénula, un área cerebral que se sabe que está involucrada en la señalización de resultados aversivos, también period necesario para el aprendizaje.
El nuevo trabajo sugiere que esta purple cerebral multirregional subyace en la capacidad de los vertebrados jóvenes para aprender rápidamente a reconocer a los depredadores dentro de su primera semana de vida. Debido a que esto sucede antes de que el pez aprenda a cazar o lograr otros tipos de aprendizaje, la investigación sugiere que puede haber una aparición escalonada de diferentes capacidades de aprendizaje asociativo y que algunas habilidades que emergen muy temprano, como aprender a determinar qué peces son depredadores y que son benignos, podrían ser las modalidades de aprendizaje más importantes para la supervivencia.
Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a comprender mejor cómo el aprendizaje ocurre en los cerebros con grandes redes de neuronas. Los neurocientíficos descubren cada vez más que incluso el aprendizaje easy requiere aportes de grandes franjas del cerebro, lo cual es difícil de estudiar en otros animales, pero se puede lograr en el pez cebra.
“Para estudiar estos fenómenos más globales, necesita sistemas en los que pueda cubrir distancias espaciales muy grandes sobre todo el cerebro y al mismo tiempo resolviendo dinámica en células individuales”, cube Zocchi. “Ahora tenemos la posibilidad de investigar estas cosas en todo el cerebro de una manera relativamente imparcial”.
