Rol de la integración multisensorial en la codificación de estímulos de peligro y la modulación de comportamientos de escape en peces cebra

• Autores: Martorell, Nicolás
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Medan, Violeta
• Materia: INTEGRACION MULTISENSORIAL; PECES CEBRA; CODIFICACION NEURONAL; RESPUESTA DE ESCAPE; SELECCION DE COMPORTAMIENTOS; MULTISENSORY INTEGRATION; ZEBRAFISH; NEURAL ENCODING; ESCAPE RESPONSE; BEHAVIOR SELECTION
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La integración multisensorial permite a los animales combinar señales de diferentes modalidades sensoriales para guiar el comportamiento. En vertebrados, el tectum —o su homólogo en mamíferos, el colículo superior— es un centro donde convergen las señales visuales con las de otras modalidades sensoriales. Aunque el procesamiento visual en el tectum del pez cebra se ha estudiado en profundidad, aún no está claro si esta estructura integra información auditiva y, en tal caso, cómo la integración impacta en el comportamiento. En este estudio, investigamos la integración audiovisual en larvas de pez cebra y demostramos que no solo el tectum procesa señales auditivas que señalizan un peligro inminente, sino que la convergencia de señales auditivas y visuales produce un marcado incremento multisensorial tanto a nivel de la actividad de neuronas individuales como de la población. Mediante imágenes de calcio in vivo en larvas que expresan GCaMP6f bajo un promotor panneuronal, encontramos que estímulos auditivos abruptos reclutan las capas profundas del neuropilo tectal y neuronas de la capa periventricular. A su vez, observamos que la mejora en la respuesta de estas áreas a estímulos multisensoriales está inversamente relacionada con la efectividad de los componentes unisensoriales, una marca característica de la integración multisensorial. Además, estas mejoras multisensoriales resultaron estar fuertemente asociadas al reclutamiento de neuronas del cerebro posterior cuya actividad muestra una alta correlación con eventos motores. Al analizar la conducta de escape de larvas de pez cebra frente a los mismos estímulos auditivos y visuales observamos resultados concordantes: los estímulos audiovisuales incrementaron significativamente la probabilidad de respuestas de escape respecto al estímulo unimodal más efectivo, y tal como observamos en el tectum, las mejoras multisensoriales fueron proporcionalmente más importantes cuando los estímulos combinados eran más débiles. Se observó, asimismo, que las señales auditivas y visuales pueden sesgar la selección de distintos comportamientos de escape dependiendo de su saliencia relativa. Estos hallazgos establecen al tectum del pez cebra como un centro de integración multisensorial, y sugieren su posible rol en la toma de decisiones ante amenazas. Al vincular la actividad tectal con la actividad pre-motora descendente y la selección de comportamientos observables, nuestro trabajo propone que la convergencia de múltiples entradas sensoriales en el tectum podría promover acciones evasivas más efectivas y flexibles.
Multisensory integration allows animals to combine signals from different sensory modalities to guide behavior. In vertebrates, the tectum—or its mammalian counterpart, the superior colliculus—is a key center where visual signals converge with those from other sensory modalities. Although visual processing in the zebrafish tectum has been extensively studied, it remains unclear whether this structure integrates auditory information and, if so, how such integration impacts behavior. In this study, we investigate audiovisual integration in zebrafish larvae and demonstrate that not only does the tectum process auditory signals that indicate imminent danger, but the convergence of auditory and visual signals also produces a marked multisensory enhancement at both the individual and the populational neuron level. Using in vivo calcium imaging in larvae expressing GCaMP6f under a pan-neuronal promoter, we found that abrupt auditory stimuli recruit the deep layers of the tectal neuropil and neurons in the periventricular layer. Furthermore, we observed that the enhancement of responses in these areas to multisensory stimuli is inversely related to the effectiveness of the unisensory components, a hallmark of multisensory integration. Additionally, these multisensory enhancements were strongly associated with the recruitment of hindbrain neurons whose activity is highly correlated with motor events. By analyzing the escape behavior of zebrafish larvae in response to the same auditory and visual stimuli, we observed consistent results: audiovisual stimuli significantly increased the probability of escape responses compared to the most effective unimodal stimulus. As seen in the tectum, multisensory enhancements were proportionally more pronounced when the combined stimuli were weaker. Furthermore, auditory and visual signals were found to bias the selection of different escape behaviors depending on their relative salience. These findings establish the zebrafish tectum as a center for multisensory integration and suggest its possible role in decision-making when facing threats. By linking tectal and descending premotor activity with observable behavior selection, our study suggests that the convergence of multiple sensory inputs in the tectum may promote more effective and flexible evasive reactions.
Fil: Martorell, Nicolás. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.