Neural mechanisms of social cognition in zebrafish

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Carreira, Leonor Inácio Fragata, 1993-
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/33617
Resumo: Tese de mestrado, Neurociências, Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2017
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spelling Neural mechanisms of social cognition in zebrafishComportamento socialPercepção de animacidadeIsotocinaPeixe-zebraTeses de mestrado - 2017Domínio/Área Científica::Ciências MédicasTese de mestrado, Neurociências, Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2017De forma a poderem sobreviver e reproduzir-se, os animais que vivem em grupo devem cooperar e competir entre si. Estudos prévios sugerem que habitar nestes ambientes sociais elaborados conduz à evolução de estruturas cerebrais executivas de maiores dimensões devido a exigências cognitivas mais elevadas. Contudo, esta hipótese parece ser demasiado simplista, uma vez que, animais que possuem encéfalos de pequenas dimensões (como, por exemplo, abelhas ou peixes-zebra) apresentam comportamentos sociais complexos. Como tal, é necessária uma abordagem alternativa que não se centre na dimensão do encéfalo em si, mas que se foque nos circuitos neuronais subjacentes à cognição e ao comportamento. De facto, foi já descrita em vertebrados uma rede neuronal partilhada por inúmeros comportamentos sociais, baseando-se em padrões conservados de expressão génica e de sistemas neuroquímicos. Esta rede é regulada por neuromoduladores, incluindo a família dos nonapéptidos que tem sido, por sua vez, extensivamente associada à regulação de diversos comportamentos sociais. Esta família, conservada entre os vertebrados, é constituída pela oxitocina e os homólogos mesotocina (aves e répteis) e isotocina (peixes) e também pela vasopressina e o seu homólogo em espécies não-mamíferas, a vasotocina. Tanto a oxitocina como a vasopressina têm a capacidade de se ligar não só ao seu próprio receptor, como também ao receptor do outro nonapéptido, tornando-se difícil a interpretação dos resultados derivados de manipulações farmacológicas e, portanto, este método não permite compreender na totalidade a função destes dois neuromoduladores no comportamento social. Este facto destaca a importância de integrar esta metodologia com estudos mais detalhados recorrendo, por exemplo, a uma espécie social para a qual se encontram já disponíveis ferramentas genéticas que permitam manipular o ganho e a perda de função das populações neuronais da família da oxitocina. É neste contexto que se destaca o peixe-zebra como modelo de estudo. O peixe-zebra é uma espécie altamente social que vive em cardumes com relações sociais bem estruturadas em termos de dominância hierárquica, apresentando comportamentos de agressividade e de corte já caracterizado. Para além disso, outras capacidades cognitivas sociais, como a aprendizagem social e o reconhecimento social foram já descritas nesta espécie. Tendo em conta todas estas características, a investigação da cognição social no peixe- zebra pode providenciar informação relevante acerca da complexidade do circuito neuronal necessário para uma determinada capacidade, sobretudo se for uma aptidão cognitiva social baseada na capacidade visual, como a percepção de animacidade. A percepção de animacidade é um dos aspectos fundamentais dos processos cognitivos sociais que permite diferenciar um organismo vivo de outros objectos no ambiente sendo, por isso, essencial para a sobrevivência e para a reprodução. Actualmente, já se tem conhecimento de que o sistema visual humano é capaz de detectar animacidade através da observação de pontos de luz colocados nas articulações principais de uma figura humana. De facto, até simples padrões visuais, como formas geométricas em movimento, podem dar originar percepção de animacidade, sobretudo se na sua trajectória apresentarem alterações na velocidade (acelerações) ou mudanças de direcção. Para além disto, estudos indicam a possibilidade de existir um mecanismo para a detecção de animacidade conservado evolutivamente em diferentes espécies (chimpanzés; galinhas; peixe Medaka) e é, provavelmente, inato. Estas duas condições constituem uma oportunidade única de testar se esta capacidade cognitiva é regulada por neuromoduladores e de caracterizar os mecanismos neuronais que lhe estão subjacentes através da identificação das regiões cerebrais activadas durante este processo recorrendo, por exemplo, a ensaios de hibridação in situ ou de imunohistoquímica para marcadores de actividade neuronal, como o c-fos. De modo a compreender que características específicas do movimento de um organismo vivo atraem a atenção do peixe-zebra, neste projecto focámo-nos numa única característica da animacidade – a aceleração. Assim, recorrendo à apresentação de vídeos, os indivíduos foram expostos a estímulos simples representados por um círculo preto que se movia num fundo homogéneo. Este estímulo poderia apresentar uma velocidade constante durante todo o seu percurso (estímulo não animado) ou poderia apresentar uma alteração na velocidade (aceleração) a meio da sua trajectória (estímulo animado). Para além disto, com o propósito de determinar se a isotocina desempenha um papel nesta função cognitiva, foram ainda testados na mesma tarefa comportamental linhas transgénicas e mutantes que apresentam défices no sistema isotocinérgico. Assim, e considerando que os ecrãs utilizados para a apresentação dos estímulos são apenas adaptados ao sistema visual humano foi necessário validar a utilização de vídeos em peixe-zebra, recorrendo a um comportamento já extensivamente descrito nesta espécie: a preferência para se aproximarem de um conspecífico ou de um cardume de conspecíficos. Após a optimização do protocolo experimental e dos estímulos visuais a ser utilizados demonstrámos, pela primeira vez, que o peixe-zebra é capaz de detectar animacidade através de pistas de aceleração e que existe, de facto, uma maior motivação por parte dos indivíduos para se aproximarem do estímulo animado. É importante referir que estudos futuros deverão focar-se noutro tipo de pistas de animacidade, como mudanças de direcção, de forma a caracterizar melhor esta preferência. O presente estudo parece ainda ilustrar diferenças entre o modo como os machos e as fêmeas captam estes indicadores de animacidade: nos machos a preferência para o estímulo animado é mais evidente nos dois primeiros minutos do teste e nas fêmeas esta preferência mantém-se constante durante todo o teste. Seria de esperar que défices no sistema isotocinérgico afectassem a capacidade de detectar animacidade. No entanto, contrariamente ao previsto, não se verificou uma perda da preferência pelo estímulo animado em nenhuma das duas linhas testadas. De facto, enquanto os machos wild type exploraram o estímulo animado sobretudo nos dois primeiros minutos do teste, os machos transgénicos e mutantes exibem esta preferência durante todo o período de teste. Relativamente às fêmeas, não foram observadas diferenças comportamentais entre o grupo wild type e os grupos geneticamente modificados, sugerindo que a isotocina apenas modela a percepção de animacidade nos machos. Resultados preliminares demonstram que o estímulo animado (com aceleração) parece induzir a activação de regiões cerebrais como o núcleo ventral da área telencefálica ventral (septo lateral nos mamíferos), região já associada ao comportamento social em diversos estudos mas, também, regiões como o núcleo dorsal da área telencefálica ventral e a zona média da área dorsal telencefálica. Contudo, não é possível ainda retirar conclusões relativas às regiões que são especificamente activadas durante a percepção de animacidade dado que estas experiências se encontram ainda a decorrer e os exemplos apresentados neste projecto não permitem destacar diferenças entre os dois estímulos testados. É então fundamental determinar este padrão de activação neuronal para compreender os mecanismos subjacentes a esta capacidade cognitiva social tão fundamental para a sobrevivência. Para além disto, seria também relevante confirmar que não existe de facto nenhuma via de sinalização a ser activada nos indivíduos transgénicos e mutantes examinando, por exemplo, a possível co-localização entre os receptores de isotocina e o marcador de activação neuronal, c- fos.In order to survive and reproduce, group-living animals must compete and cooperate with others. According to earlier studies, these complex social environments lead to the evolution of larger executive brain structures. However, this perspective might be too simplistic since small-brained animals, as bees and fish, also present highly complex social behaviours. Therefore, it is necessary an alternative approach that focus in the neural circuits underlying cognition and behaviour rather than focusing on the brain size. In fact, it has already been described a common neural network shared by several social behaviours and possibly regulated by neuromodulators, including the nonapeptide family: oxytocin and vasopressin, which are conserved across vertebrate taxa. As a highly social species with a genetic toolbox available that allows the manipulation of the OXT-like neuronal populations, the zebrafish model organism represents the ideal model to investigate social cognition and to understand the complexity of the neural circuitry required for a given function, particularly if it is a vision-based social cognitive ability, such as animacy perception. Animacy perception is one of the fundamental aspects of social-cognitive processes that can help differentiate living organisms from other objects in the environment, being essential for survival and for reproduction. An evolutionary conserved mechanism for animacy detection seems to be present across different species, which offers a unique opportunity to test if this cognitive ability is regulated by neuromodulators and to characterize its underlying neural mechanisms, through the identification of the brain regions activated during this process. Using a two-choice test and video playbacks as a tool to present the stimuli, we have been able to demonstrate, for the first time, that adult zebrafish can detect animacy based on acceleration cues and that these individuals are more motivated to approach this animated stimulus. Additionally, this study seems to illustrate differences between how males and females perceive animacy cues and the data obtained for the transgenic and the mutant lines suggests that isotocin only modulates the perception of animacy cues in male fish. Future studies should address other animacy cues, such as changes in direction, in order to disentangle which specific motion features drive individuals' attention. Furthermore, the previously mentioned findings highlight the need of determining which brain regions are being activated during animacy perception, in order to disentangle the mechanisms underlying this social-cognitive ability that is essential for survival.Fundação BIAL: 339/14Oliveira, Rui F., 1966-Sebastião, Ana Maria, 1958-Repositório da Universidade de LisboaCarreira, Leonor Inácio Fragata, 1993-2018-05-22T15:22:25Z20172017-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/33617TID:201876698enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:28:33Zoai:repositorio.ul.pt:10451/33617Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:48:35.146152Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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