Исторически, конечный мозг динио рерио рассматривался как примитивная структура без функциональных единиц, которые характерны для конечного мозга млекопитающих, включающего кору, миндалину, гиппокамп и базальные ганглии. Однако недавние исследования продемонстрировали, что эта точка зрения требует пересмотра. В то время как у млекопитающих нервная трубка выпячивается, у костных рыб дорсальная часть нервной трубки, палиум, выворачивается наружу, приводя к инверсии медиолатеральной организации, наблюдаемой у млекопитающих. Таким образом, миндалина и гиппокамп млекопитающих может соответствовать дорсомедиальной и дорсолатеральной частям палиума данио рерио, соответственно, тогда как центральная зона дорсальной области конечного мозга соответствует неокортексу млекопитающих.

Недавние исследования продемонстрировали, что ансамбли кортикальных нейронов избирательно связываются в процессе закрепления полученных знаний. Однако остается неясным, каким образом эти нейрональные популяции избираются во время обучения для кодирования долговременной стабильной программы поведения, которая определяет схему моторной деятельности на определенный сигнал. Для того, чтобы выделить нейрональные схемы, ответственные, как за долговременную память, так и за её поиск и последующее извлечение, необходима экспериментальная система. Она позволит пронаблюдать паттерн нейрональной активности на целом мозге во время реализации данного поведения. В нервной системе мушек рода Drosophila ассоциативная память на тело гриба реализуется через «кальциевый» образ этого гриба. Тем не менее, идентификация ансамблей нейронов in vivo, ответственных за выполнение ассоциативных поведенческих программ, у позвоночных животных менее изучена на сегодняшний день.

Данио рерио демонстрирует богатый репертуар поведенческих реакций, а их прозрачный головной мозг годится для оптических методов исследования структуры и функций объединений нейронов.

В работе, опубликованной 16 мая 2013 года в журнале «Neuron», представлены результаты доктора Тазу Аоки и доктора Хитоши Окамото из лаборатории Экспериментальной генетической регуляции, которые являются пионерами в области изучения контроля поведения данио рерио.

Используя технологию кальциевого рисунка Аоки с коллегой смогли впервые визуализировать нейрональную активность в мозге данио рерио при вспоминании.

Кальциевый рисунок появляется вследствие прохождения потенциала действия через возбужденные нейроны. Введение чувствительного к кальциевому току флуоресцирующего вещества позволило наблюдать вход кальция в нейроны и, таким образом, визуализировать нейрональную активность.

Исследователи специально тренировали трансгенных данио, у которых наблюдается экспрессия кальций-чувствительного белка, на избегание шока от слабого электрического удара после включения красного светодиода в качестве условного раздражителя. При наблюдении мозговой активности рыбок удалось визуально проследить процессы запоминания при обучении избеганию.

В дорсальной части конечного мозга данио возникала точечная нейрональная активность, как при обучении, так и через 24 часа после тренировки.

В другом эксперименте Аоки с коллегами показал, что удаление данной области мозга не мешает развитию реакций избегания, однако включаются механизмы краткосрочной, но не долгосрочной памяти.

Как объяснил доктор Аоки: «Это свидетельствует о различных областях формирования и сохранения краткосрочной и долгосрочной памяти. Мы считаем, что краткосрочная память должна передаваться кортикальным областям для перехода в долгосрочную.»

Команда исследователей проверила, не может ли память на лучший поведенческий выбор изменяться путем нового обучения. Рыбки тренировались на запоминание двух противоположных реакций избегания при воздействии синего и красного светодиода в качестве условных раздражителей. Они обнаружили, что демонстрация различных условных раздражителей ведет к активации различных групп нейронов конечного мозга. Это указывает на сохранение двух различных поведенческих программ и их воспроизведение двумя различными популяциями нейронов.
——
Tazu Aoki, Masae Kinoshita, Ryo Aoki, Masakazu Agetsuma, Hidenori Aizawa, Masako Yamazaki, Mikako Takahoko, Ryunosuke Amo, Akiko Arata, Shin-ichi Higashijima, Takashi Tsuboi, Hitoshi Okamoto. Imaging of Neural Ensemble for the Retrieval of a Learned Behavioral Program. Neuron, 2013