NEUROBEHAVIOURALMECHANISMS INVOLVED IN SOCIAL AND ASOCIAL LEARNING - NEUROBEHAVIOURAL AND MOLECULAR MECHANISMS OF SOCIAL LEARNING IN ZEBRAFISH

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Innate chemical, but not visual, threat cues have been co‐opted as unconditioned stimulus for social fear learning in zebrafish

Publication . Pinho, Julia S.; Castilho, Marisa; Sollari, Joao S.; Oliveira, Rui Filipe

Animals can use social information to detect threat in the environment. In particular, social learning allows animals to learn about dangers without incurring in the costs of trial-and-error learning. In zebrafish, both chemical and visual social cues elicit an innate alarm response, which consists of erratic movement followed by freezing behavior. Injured zebrafish release an alarm substance from their skin that elicits the alarm response. Similarly, the sight of conspecifics displaying the alarm response can also elicit the expression of this response in observers. In this study, we investigated if these social cues of danger can also be used by zebrafish as unconditioned stimulus (US) in learning. We found that only the chemical cue was effective in the social fear conditioning. We suggest that this differential efficacy of social cues results from the fact that the alarm cue is a more reliable indicator of threat, than the sight of an alarmed conspecific. Therefore, although multiple social cues may elicit innate responses not all have been evolutionarily co-opted to act as US in associative learning. Furthermore, the use of the expression of the immediate early genes as markers of neuronal activity showed that chemical social fear conditioning is paralleled by a differential activation of the olfactory bulbs and by a different pattern of functional connectivity across brain regions involved in olfactory processing.

2020Journal article

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Neurobehavioural and molecular mechanisms of social learning in zebrafish

Publication . Pinho, Júlia Sabrina Ferreira de; Oliveira, Rui Filipe

Os animais utilizam informação social e não social para tomarem decisões adaptativas que tem impacto no seu fitness. O uso de informação social traz vantagens como escapar a um predador, encontrar fontes de comida ou evitar lutas com indivíduos mais fortes, apenas por observação dos seus conspecíficos ou produtos relacionados com eles. A aprendizagem social ocorre quando os indivíduos observam o comportamento de outros ou as suas consequências para modificar o seu próprio comportamento. Esta estratégia comportamental é conservada entre espécies: os grilos, Nemobius sylvestris, adaptam o seu comportamento para evitar um predador depois de observar o comportamento de outros e mantem essas mudanças comportamentais, duradouramente, mesmo apos os demonstradores não estarem presentes; as abelhas operárias, Apis Mellifera, apresentam uma série de comportamentos motores estereotipados que informam outras operárias da localização precisa de uma fonte de comida. Os mecanismos neuronais da aprendizagem social não estão claramente compreendidos, e são o centro de debate nesta área de investigação. Alguns autores hipotetizam que os mecanismos neurais da aprendizagem social são partilhados, e outros autores defendem que a aprendizagem social é um domínio geral presente até em espécies solitárias. O principal objetivo deste trabalho é clarificar os mecanismos subjacentes a aprendizagem social e não social. Este trabalho subdivide-se em dois capítulos experimentais: o capítulo II, onde procuramos os circuitos neurais do condicionamento observado com um estímulo social ou não social; e capitulo III, no qual a eficácia de estímulos sociais químicos e visuais é testada num paradigma de condicionamento aversivo. Em ambos os capítulos, um gene de ativação imediata são usados como marcadores de atividade neuronal: no capítulo II utilizando a expressão de c-fos, por hibridação insitu, para mapear as regiões do cérebro recrutadas em aprendizagem social e não social; e no capítulo III, a reação quantitativa em cadeia da polimerase foi utilizada numa abordagem com genes e regiões do cérebro candidatas para perceber o envolvimento do sistema olfativo em aprendizagem social olfativa. No capítulo II, nós demonstramos que a aprendizagem social (SL) recruta diferentes regiões do cérebro quando comparada com a aprendizagem não social (AL): SL aumenta a expressão de c-fos nos bulbos olfativos, na zona ventral da área telencefálica ventral, na habénula ventral, no tálamo ventromedial e a AL diminui a expressão de c-fos na habénula dorsal e no núcleo tubercular anterior. Alem disso, conjuntos diferenciais de regiões cerebrais aparecem associados a aprendizagem social e não social depois de uma análise funcional da conectividade entre as regiões do cérebro. No capítulo III, nós mostramos que pistas sociais visuais, como a observação de um conspecífico a exibir uma resposta de alarme, não é eficaz como um estimulo não condicionado (US), mas pistas sociais olfativas, como substância de alarme, foi altamente eficiente como US em aprendizagem aversiva. Além disso, identificamos os bulbos olfativos como uma área do cérebro essencial para condicionamento observado olfativo. Uma análise funcional da coesão e conectividade dos núcleos do cérebro envolvidos em processamento olfativo mostraram uma rede apurada para condicionamento observado olfativo. Em resumo, a presente tese elucida o debate nesta área de investigação sobre os mecanismos da aprendizagem social. Este trabalho clarifica que ao nível comportamental a aprendizagem social requer um domínio geral e ao nível neuronal é necessária uma rede modular que permite a computação em simultâneo de várias informações com diferentes níveis de complexidade.

2019-07-29Doctoral thesis

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