Aprendizaje espacial y neurogénesis adulta en Pez Cebra (Danio rerio)

Abstract

Los peces teleósteos crecen a lo largo de toda su vida, y por lo tanto, sus órganos y tejidos deben adaptarse al incremento en el tamaño corporal. La neurogénesis adulta, es decir, la generación de nuevas neuronas en individuos adultos, aparte de contribuir a este crecimiento, puede ser considerada un mecanismo que provee una forma de plasticidad necesaria para la adaptación del cerebro a desafíos ambientales. El pallium, o telencéfalo dorsal, del pez cebra (Danio rerio) es una estructura encefálica involucrada en el procesamiento de diversas funciones cognitivas que presenta numerosos nichos neurogénicos a lo largo de la región periventricular. La adición de nuevas neuronas como un mecanismo plástico asociado al aprendizaje aún no ha sido explorado en este modelo. Bajo la hipótesis de que la actividad circuital modula positivamente la neurogénesis adulta, se entrenaron peces cebra adultos en un paradigma comportamental de aprendizaje espacial y se evaluó la dinámica de los progenitores neuronales (NPs) en diferentes nichos del pallium. Para tal fin, se utilizó la Tarea de Constancia Espacial, que consiste de un laberinto romboidal guiado por claves espaciales, e implica la conjugación del procesamiento de las claves dentro del laberinto con la información direccional interna del individuo. Se encontró que los peces cebra adultos son capaces de aprender en este paradigma luego de 5 sesiones consecutivas de entrenamiento. Esta actividad cognitiva aumenta la proliferación de NPs exclusivamente en dos regiones del pallium: el pallium lateral caudal (cLP) y el pallium medial rostral (rMP). Para determinar si el aprendizaje impacta sobre la neurogénesis en el pallium, se marcaron NPs en división mediante la administración de BrdU, y luego los peces fueron entrenados en distintos períodos de maduración de las nuevas neuronas adultas. Los resultados indican que las nuevas neuronas son producidas como consecuencia del aprendizaje en rMP y cLP, pero ambas subregiones difieren en el grado de extensión y en el período crítico de susceptibilidad a la actividad cognitiva. Se propone que el aprendizaje incrementa la neurogénesis adulta mediante dos mecanismos: impulsando la proliferación encadenada de NPs (es decir, mediante sucesivas divisiones de los progenitores marcados con BrdU) y rescatando a las nuevas neuronas de la muerte celular. Finalmente, se evaluó si estas regiones del pallium están comunicadas, y se encontró que cLP y rMP se encuentran sinápticamente conectadas mediante una via glutamatérgica. Estos hallazgos resaltan el rol de la neurogénesis adulta como una fuente de plasticidad cerebral conservada evolutivamente, y demuestran una especialización rostro-caudal del pallium en peces cebra adultos.

Teleost fish grow throughout their lives, therefore their organs must adapt to their increasing body size. Adult neurogenesis, or the generation of new-born neurons in adult individuals, could provide a form of plasticity necessary to adapt the brain to environmental challenges. The zebrafish pallium, or dorsal telencephalon, is a brain structure involved in the processing of various cognitive functions and exhibits extended neural progenitor (NP) niches throughout the periventricular zone. The involvement of neuronal addition as a learning-related plastic mechanism has not been explored in this model, yet. Based on the assumption that neuronal activity positively modulates adult neurogenesis, adult zebrafish were trained in a spatial behavioral paradigm and NP dynamics were evaluated in different pallial niches. To that end, a Spatial Constancy Task was tested on zebrafish. This task consists of a cue-guided rhomboid maze, in which fish must learn to exit the maze by relating external cues with their internal-directional information. Adult zebrafish were able to learn this task, after five daily sessions, and this cognitive activity increased NP proliferation exclusively in two pallial regions: the caudal lateral pallium (cLP) and the rostral medial pallium (rMP). To assess whether learning impinges on pallial adult neurogenesis, mitotic-NP were labeled by BrdU administration, and then fish were trained at different periods of adult-born neuron maturation. The results indicate that adult-born neurons are being produced in rMP and cLP during the learning process, but with distinct critical periods among these regions. It is proposed that learning increases adult neurogenesis by two mechanisms: driving a chained proliferation of labeled NP and rescuing newborn neurons from death. Finally, synaptic connectivity among these pallial regions was assessed, demonstrating a glutamatergic connection between cLP and rMP. These findings highlight adult neurogenesis as a conserved source of brain plasticity and shed light on a rostro-caudal specialization of pallial NP niches in adult zebrafish.