Sviluppo di una nuova procedura per lo studio delle abilità di discriminazione di forme e colori nelle larve di zebrafish (Danio rerio)

La cognizione animale è la disciplina che studia e analizza i processi cognitivi degli animali al fine di ricostruire la storia evolutiva della mente. La vista è uno dei sensi più importanti per la maggior parte degli animali, ma per quanto si conosca la fisiologia dei meccanismi percettivi, sono pochi gli strumenti per sapere come loro interpretino davvero il mondo. Le indagini di discriminazione visiva permettono di fare luce su cosa e come le specie siano in grado di vedere. Lo zebrafish (Danio rerio) è un piccolo teleosteo di acqua dolce ampiamente utilizzato come modello nella ricerca traslazionale e che sta acquisendo sempre più importanza in ambito cognitivo: è semplice da allevare in laboratorio; gli adulti sono di dimensioni ridotte; è facilmente reperibile e ha un alto tasso riproduttivo. Le larve della specie sono trasparenti e vanno incontro ad un rapidissimo sviluppo (72 h), e per questo sono ottime candidate per studi ontogenetici. Un paio di giorni dopo la schiusa delle uova, mostrano un vasto repertorio comportamentale e hanno già un sistema visivo funzionale. Per sviluppare una nuova procedura con cui indagare l’ontogenesi delle abilità discriminative, sono stati condotti due esperimenti in cui, applicando un paradigma di condizionamento operante, delle larve di zebrafish sono state osservate in compiti di discriminazione di colori e forme. Il primo esperimento consisteva in un condizionamento di gruppo. Quattro gruppi di larve di 14 dpf sono stati messi in apparati a clessidra in cui venivano posti due stimoli, uno in ciascuna estremità della vasca, e ciascun gruppo è stato rinforzato in prossimità di uno specifico stimolo due volte al giorno, mattina e pomeriggio, per 15 giorni: due gruppi dovevano discriminare tra una coppia di colori (rosso vs verde), due gruppi una coppia di forme (numerosi pallini vs tre strisce verticali). Per tutte le sessioni, è stato registrato il numero di larve presente nei due compartimenti nei 90 minuti precedenti al rinforzo, ad intervalli di due minuti: un aumento significativo della proporzione di larve nel settore rinforzato avrebbe indicato l’apprendimento della discriminazione, ma nessun gruppo ha dimostrato di discriminare lo stimolo rinforzato. Il secondo esperimento consisteva in un condizionamento individuale, in cui larve di 10 dpf sono state osservate separatamente in vasche a clessidra più piccole, e condizionate come nel primo esperimento ma per tre giorni. Sono state usate le stesse coppie di stimoli ed è stata aggiunta una nuova discriminazione: cerchio vs triangolo. È stata calcolata la proporzione di tempo speso da ciascun soggetto nel settore con lo stimolo corretto nei 90 minuti precedenti al rinforzo. Le larve hanno dimostrato una preferenza significativa per lo stimolo rinforzato in tutte le discriminazioni, con picchi di 60-80% di preferenza. I risultati hanno confermato la capacità della specie di riconoscere i colori, ma hanno dimostrato per la prima volta la capacità delle larve di distinguere tra forme diverse presentate simultaneamente. Si auspica che questa nuova metodologia, che si presenta come efficace, pratica e facilmente replicabile, possa trovare applicazione nel prossimo futuro, sia in ulteriori studi sullo zebrafish, sia in quelli di altri teleostei, per indagare altre discriminazioni e ottenere informazioni sull’ontogenesi dei meccanismi cognitivi.