Shuttle Box Assay en tant qu’outil d’apprentissage associatif pour l’évaluation cognitive dans les études d’apprentissage et de mémoire à l’aide de poissons-zèbres adultes

L’apprentissage et la mémoire sont des mesures puissantes dans l’étude des troubles cognitifs développementaux, dépendants de la maladie ou induits par l’environnement. La plupart des évaluations cognitives nécessitent un équipement spécialisé et des engagements de temps importants. Cependant, le test de la boîte navette est un outil d’apprentissage associatif qui utilise une boîte de gel conventionnelle pour une évaluation rapide et fiable de la cognition du poisson-zèbre adulte.

Le shuttle box Assay suit de manière reproductible la progression et la récupération des troubles cognitifs à la suite d’un traumatisme contondant ou de tout autre type de lésion cérébrale chez le poisson-zèbre. Le Shuttle Box Assay permet une mesure relativement simple, rapide et robuste de l’apprentissage associatif dans la mémoire à court et à long terme chez le poisson-zèbre. Pour commencer, préparez la Shuttle Box en modifiant une boîte de gel de 30,5 par 19 par 7,5 centimètres avec un morceau de plexiglas de 5 par 19 centimètres de plexiglas de qualité aquarium ajouté de chaque côté à un angle de 45 degrés.

Ensuite, faites une ligne marquant la moitié du réservoir pour évaluer quand les poissons ont traversé le milieu de l’aquarium. Après avoir ajouté 800 millilitres d’eau du système à la boîte de navette, placez deux à trois poissons dans un réservoir de rétention contenant de l’eau du système. Laissez le réservoir dans la pièce sombre où le test shuttle box sera effectué.

Ensuite, dans la pièce sombre, placez un poisson au centre de la shuttle box. Fixez le couvercle et fixez les électrodes à une alimentation. Le poisson doit être acclimaté dans l’obscurité.

Éteignez toutes les lumières et acclimatez le poisson à la shuttle box pendant 15 minutes. Une acclimatation réussie peut être envisagée lorsque le poisson explore librement l’aquarium. Après une acclimatation réussie du poisson, faites briller manuellement une lampe de poche à lentille rouge de 800 lumens à environ deux centimètres du mur de la boîte de gel sur le côté occupé par le poisson.

Ne commencez pas un essai si le poisson repose à côté du fil de platine. Faites briller le stimulus lumineux directement sur le poisson et suivez manuellement tout mouvement latéral du poisson avec la lumière pour assurer une visualisation continue du stimulus. Continuez à fournir le stimulus lumineux jusqu’à ce que l’une des conditions suivantes pour un essai réussi ou échoué soit remplie.

Considérez l’essai comme réussi si le poisson traverse la moitié du réservoir dans les 15 secondes suivant l’exposition à la lumière. Une fois que le poisson a franchi la moitié du chemin, arrêtez immédiatement le stimulus lumineux. Si l’essai échoue, utilisez une alimentation par électrophorèse pour appliquer un stimulus de choc négatif de 20 millivolts à un ampère, en alternant deux secondes sur, deux secondes d’arrêt pendant 15 secondes avec un maximum de quatre chocs ou jusqu’à ce que le poisson passe la moitié de la boîte.

Ensuite, mettez fin à la fois à la lumière et au stimulus négatif. Avant la période d’entraînement, assurez-vous d’une acclimatation réussie à la boîte de navette en laissant le poisson dans des conditions sombres pendant 15 minutes. Ensuite, faites briller manuellement une lampe de poche à lentille rouge de 800 lumens à environ deux centimètres de la paroi de la boîte de gel sur le côté occupé par le poisson.

Faites briller le stimulus lumineux directement sur le poisson et suivez tout mouvement latéral du poisson avec la lumière pour assurer une visualisation continue du stimulus. Pendant que la lumière brille sur le poisson, appliquez simultanément le stimulus de choc défavorable de 20 millivolts à un ampère, en alternant deux secondes sur, deux secondes d’arrêt pendant 15 secondes avec un maximum de quatre chocs ou jusqu’à ce que le poisson passe la moitié de la boîte. Une fois que cela est réalisé, mettez fin à la lumière et au stimulus défavorable.

Répétez l’opération pendant 25 itérations. Une fois terminé, prévoyez au poisson une autre période d’acclimatation de 15 minutes dans des conditions sombres. Pendant la période de test initiale, effectuez une acclimatation réussie dans la Shuttle Box pendant 15 minutes, puis appliquez uniquement le stimulus lumineux pendant 15 secondes et enregistrez les réponses.

Considérez l’essai comme réussi si le poisson traverse la moitié de la boîte de navette dans les 15 secondes suivant le début du stimulus lumineux et arrêtez le stimulus lumineux immédiatement lorsque le poisson traverse le point à mi-chemin. Considérez l’essai comme un échec si le poisson ne traverse pas la moitié du shuttle box 15 secondes après le début du stimulus lumineux et arrêtez le stimulus lumineux après 15 secondes. Pendant le test initial, n’appliquez pas de stimulus indésirable après une tentative infructueuse.

Effectuez des tests de mémoire à court terme immédiatement après la période de test initiale. Induire une lésion cérébrale dramatique et attendre une période de quatre heures avant le test. Ensuite, acclimatez le poisson dans la boîte de navette pendant 15 minutes.

Évaluez la mémoire à court terme en appliquant uniquement le stimulus lumineux pendant 15 secondes au plus tard et notez si le poisson traverse la moitié de la boîte avant que la lumière ne soit éteinte, considérée comme un essai réussi, ou ne franchit pas le point à mi-chemin dans les 15 secondes considérées comme un essai échoué. Répétez l’étape ci-dessus 25 fois avec une période de repos de 30 secondes entre chaque essai et notez le nombre d’essais réussis et échoués. Effectuez des tests de mémoire à long terme quatre jours après le test initial.

Induire une lésion cérébrale traumatique et attendre une période de quatre heures avant le test, puis acclimater le poisson dans la boîte de navette pendant 15 minutes. Évaluez la mémoire à long terme en appliquant uniquement le stimulus lumineux pendant 15 secondes au plus tard et notez si le poisson traverse la moitié de la boîte avant que la lumière ne soit éteinte, considéré comme un essai réussi, ou ne franchit pas le point à mi-chemin dans les 15 secondes considérées comme un essai échoué. Répétez les 25 fois ci-dessus avec une période de repos de 30 secondes entre chaque essai et notez le nombre d’essais réussis et échoués.

L’aperçu pédagogique des paradigmes d’apprentissage et de mémoire pour l’évaluation cognitive est présenté ici. Le poisson non endommagé à huit mois, jeune adulte, 18 mois, adulte d’âge moyen, et 24 mois, adulte âgé, a nécessité un nombre similaire d’essais pour apprendre le comportement d’éviter la lumière rouge. Après avoir utilisé le modèle de lésion cérébrale traumatique contondante sévère, ou STBI, les poissons à différents âges ont nécessité un nombre similaire d’essais pour maîtriser le test pendant un à cinq jours après la blessure.

Le premier jour suivant STBI, les poissons de tous âges ont nécessité un nombre similaire d’essais pour apprendre le comportement, qui était significativement plus important que les témoins non endommagés. Le poisson non endommagé a rapidement maîtrisé la Shuttle Box, réalisant cinq essais positifs consécutifs dans environ 17 essais, tandis qu’un jour suivant une lésion cérébrale légère, ou un TCC léger, les poissons affichent une augmentation significative du nombre d’essais pour apprendre le comportement. Ce déficit a augmenté après deux TCC légers et a été encore plus élevé après trois blessures légères de TCC.

Les poissons non endommagés présentent une légère augmentation de la différence en pourcentage des essais réussis dans la mémoire immédiate et la mémoire retardée par rapport à la période de test initiale. Après un seul TCC léger, les poissons présentaient des déficits de mémoire importants et immédiats par rapport aux poissons non endommagés. Cette tendance s’est poursuivie avec des blessures répétées avec des déficits croissants à la suite de deux TCC légers et de trois TCC légers.

Le moment des stimuli indésirables appliqués est critique. L’association des stimuli indésirables avec la lumière et leur élimination simultanée solidifie leur association et est cruciale pour le paradigme. Le test permet une évaluation rapide ou un apprentissage associatif complexe qui peut être utilisé pour étudier les impacts sur le développement, le vieillissement et l’environnement sur les troubles cognitifs.