《Physiology & Behavior》：Learning-related performance of European seabass (
Dicentrarchus labrax) and expression of
c-fos and
egr-1 immediate-early genes in the brain
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本研究针对水产养殖中鱼类学习行为机制不清的问题，通过空间学习任务评估欧洲鲈鱼（Dicentrarchus labrax）的认知表现，并结合c-fos/egr-1基因表达分析揭示其神经机制。结果表明仅10-16%个体达成学习标准，其端脑和下丘脑下部叶中IEGs显著激活，为优化养殖管理中的个体差异应对提供了神经行为学依据。
在传统认知中，鱼类曾长期被视为缺乏学习能力的低等脊椎动物，直到近几十年才逐渐被科学界认识到其具有惊人的学习能力。作为地中海地区主要养殖鱼种，欧洲鲈鱼（Dicentrarchus labrax）的养殖效率与动物福利密切相关，而摄食行为作为日常养殖的核心环节，其背后的学习机制却鲜有系统研究。以往研究表明，鱼类能通过经典条件反射将中性刺激（如饲养员的脚步声）与食物奖励建立联系，但欧洲鲈鱼在操作性条件反射任务中表现出明显的个体差异——仅有不足8%的个体会持续触发自喂器。这种个体差异的神经机制何在？是否与大脑特定区域的激活程度相关？这成为研究者关注的核心问题。
为解答这一难题，雅典农业大学应用水生生物实验室的团队开展了一项创新研究，通过结合行为学分析和分子生物学技术，深入探索了欧洲鲈鱼在空间学习任务中的表现与其大脑神经元激活模式之间的关联。该研究近期发表在《Physiology》期刊，为水产养殖中的动物认知研究提供了新的视角。
研究人员设计了一套精巧的空间学习实验装置，将欧洲鲈鱼置于特制的水族箱中，训练其将白色标记（条件刺激）与食物奖励建立联系。实验设置了3天（9次试验）和8天（24次试验）两种训练周期，通过视频记录分析鱼类的行为表现，并将其分为学习者（L）、非学习者（NL）和未尝试者（NA）三类。实验结束后，研究人员立即取样检测了大脑三个区域——端脑（Tel）、下丘脑下部叶（ILH）和剩余脑区（RBr）中两种即刻早期基因（IEGs）c-fos和egr-1的表达水平，这些基因是神经元激活的敏感标志物。
主要技术方法
研究采用空间学习行为范式，通过定制水族箱系统记录欧洲鲈鱼的认知行为表现；运用实时定量PCR（qPCR）技术检测大脑特定区域的c-fos和egr-1基因表达；利用多变量统计方法（包括主成分分析和Spearman相关分析）解析行为与神经激活的关联。
3.1. 8天学习表现
在44尾受试鱼中，仅7尾（15.9%）被判定为学习者（L），这些个体在训练后期表现出稳定的任务完成能力和显著缩短的试验时间。与之相比，非学习者（NL）虽偶有成功但未能达到学习标准，其端脑中c-fos表达与平均成功进入时间呈负相关（ρ=-0.5998, p<0.01），表明该基因激活与操作效率密切相关。
3.2. 3天学习表现
在48尾鱼中，5尾（10.4%）被归类为学习者，其端脑内egr-1表达与任务完成时间呈现更强负相关（ρ=-0.7819, p<0.001）。短周期训练更能清晰捕捉学习相关的基因表达变化，而长周期训练可能出现习惯化效应。
3.3. egr-1和c-fos相对表达
在8天实验中，学习者与非学习者的端脑和下丘脑下部叶中两种基因表达均显著高于未尝试者。3天实验显示出更明显的脑区特异性：端脑中c-fos表达与成功率正相关（ρ=0.5995, p<0.05），而下丘脑下部叶的egr-1在两类训练鱼中均显著上调。
3.4. 基因表达相关性
两个基因在同一脑区的表达高度协同（如端脑ρ=0.6767, p<0.001），且端脑与剩余脑区的基因表达呈现跨区域联动，提示学习过程涉及分布式神经网络激活。
3.5. 个体差异分析
主成分分析证实学习者与非学习者在行为特征空间中存在显著分离（8天：T2=8.052, p=0.007）。哈蒂根双峰检验表明成功率呈多峰分布，支持三类行为表型的分类有效性。
研究结论强调，欧洲鲈鱼的空间学习能力存在显著个体差异，仅有少数个体能快速掌握任务要领。端脑和下丘脑下部叶的c-fos和egr-1基因上调是学习相关神经激活的敏感指标，但可能同时包含应激反应成分。3天训练方案能更有效捕捉学习初期的神经可塑性变化，避免长周期训练造成的行为习惯化。这些发现为水产养殖提供了重要启示：识别具有高效学习能力的个体，有助于优化投喂策略；理解个体差异的神经基础，可推动针对不同行为表型的精准福利管理。未来研究需聚焦端脑亚区功能分化，厘清学习特异性激活与应激反应的神经表征，为认知导向的养殖实践提供理论支撑。
