TY  - THES
A1  - Yang, Zhenghong
T1  - A systematic study of learned helplessness in Drosophila melanogaster
T1  - Eine systematische Untersuchung der erlernten Hilflosigkeit in Drosophila melanogaster
N2  - The learned helplessness phenomenon is a specific animal behavior induced by prior exposure to uncontrollable aversive stimuli. It was first found by Seligman and Maier (1967) in dogs and then has been reported in many other species, e.g. in rats (Vollmayr and Henn, 2001), in goldfishes (Padilla, 1970), in cockroaches (Brown, 1988) and also in fruit flies (Brown, 1996; Bertolucci, 2008). However, the learned helplessness effect in fruit flies (Drosophila melanogaster) has not been studied in detail. Thus, in this doctoral study, we investigated systematically learned helplessness behavior of Drosophila for the first time. 
Three groups of flies were tested in heatbox. Control group was in the chambers experiencing constant, mild temperature. Second group, master flies were punished in their chambers by being heated if they stopped walking for 0.9s. The heat pulses ended as soon as they resumed walking again. A third group, the yoked fly, was in their chambers at the same time. However, their behavior didn’t affect anything: yoked flies were heated whenever master flies did, with same timing and durations. After certain amount of heating events, yoked flies associated their own behavior with the uncontrollability of the environment. They suppressed their innate responses such as reducing their walking time and walking speed; making longer escape latencies and less turning around behavior under heat pulses. Even after the conditioning phase, yoked flies showed lower activity level than master and control flies. Interestingly, we have also observed sex dimorphisms in flies. Male flies expressed learned helplessness not like female flies. Differences between master and yoked flies were smaller in male than in female flies. Another interesting finding was that prolonged or even repetition of training phases didn’t enhance learned helplessness effect in flies. 
Furthermore, we investigated serotonergic and dopaminergic nervous systems in learned helplessness. Using genetic and pharmacological manipulations, we altered the levels of serotonin and dopamine in flies’ central nervous system. Female flies with reduced serotonin concentration didn’t show helpless behavior, while the learned helplessness effect in male flies seems not to be affected by a reduction of serotonin. Flies with lower dopamine level do not display the learned helplessness effect in the test phase, suggesting that with low dopamine the motivational change in learned helplessness in Drosophila may decline faster than with a normal dopamine level.
N2  - Das „learned helplessness“ Phänomen ist ein spezifisches Verhalten nach vorheriger Exposition von unkontrollierbaren aversiven Stimuli induziert. Es wurde zuerst von Seligman und Maier (1967) bei Hunden und dann in vielen anderen Tierarten berichtet, z.B. in Ratten (Vollmayr und Henn, 2001), in Goldfische (Padilla , 1970), in Kakerlaken (Brown, 1988) sowie in Fruchtfliegen (Brown, 1996; Bertolucci, 2008). Allerdings wurde das learned helplessness Phänomen in Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) noch nicht genau erforscht. Somit wird in dieser Doktorarbeit haben wir erlernten learned helplessness von Drosophila zum ersten Mal systematisch untersucht. 
Drei Gruppen von Fliegen wurden in Heatbox getestet. Die Kontrollgruppe war in den Kammern erlebter konstant milder Temperatur. Die zweite Master Gruppe wurde in ihren Kammern erhitzt, wenn sie blieb stehen für 0,9 s. Die Hitze endete, sobald sie sich wieder bewegten. Eine dritte Gruppe, die Yoked Fliegen, war in ihren Kammern gleichzeitig. Doch ihr Verhalten keine Auswirkungen auf die Hitze hatte: Yoked Fliegen wurden erhitzt, wenn Master Fliegen wurden, mit gleichen Zeitpunkt und Dauer. Nach gewissen Hitze Veranstaltungen, Yoked Fliegen assoziierten ihre eigenen Verhalten mit der Unkontrollierbarkeit der Umwelt. Sie unterdrückte ihre angeborene Reaktionen, wie die Verringerung ihrer Laufaktivität; verlängerte mehr Fluchtlatenzzeiten und weniger Umdrehen Verhalten unter Hitzen. Auch nach der Konditionierungsphase zeigte Yoked Fliegen niedrigeren Aktivität als Master und Kontrolle Fliegen. Interessanterweise haben wir auch Sex Dimorphismus in Fliegen beobachtet. Male Fliegen haben learned helplessness nicht wie weibliche Fliegen ausgedrückt. Die Unterschiede zwischen den Master und Yoked Fliegen waren bei männlichen kleiner als bei weiblichen Fliegen. Ein weiteres interessantes Ergebnis war, dass längere oder sogar wiederholte Trainingsphasen die lerned helplessness Wirkung bei Fliegen nicht  verstärken könnten.
Darüber hinaus haben wir serotonergen und dopaminerge Nervensysteme in learned helplessness erforscht. Mit genetischen und pharmakologischen Manipulationen, haben wir das Niveau von Serotonin und Dopamin im zentralen Nervensystem der Fliegen geändert. Weibliche Fliegen mit reduzierten Serotoninkonzentration zeigten kein hilflos Verhalten, während die learned helplessness Wirkung in männlichen Fliegen schien nicht durch eine Reduktion von Serotonin beeinflusst zu werden. Fliegen mit niedrigerer Dopamin Konzentration zeigten keine learned helplessness Wirkung in der Testphase an, was darauf hindeutet, dass mit niedrigen Dopamin die Motivationsänderung in learned helplessness in Drosophila kann schneller als mit einem normalen Dopaminspiegel sinken.
KW  - Taufliege
KW  - Gelernte Hilflosigkeit
KW  - Drosophila
KW  - learned helplessness
KW  - depression
KW  - learning and memory
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112424
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brembs, Björn
T1  - An Analysis of Associative Learning in Drosophila at the Flight Simulator
T1  - Eine Ananlyse des assoziativen Lernens von Drosophila im Flugsimulator
N2  - Most natural learning situations are of a complex nature and consist of a tight conjunction of the animal's behavior (B) with the perceived stimuli. According to the behavior of the animal in response to these stimuli, they are classified as being either biologically neutral (conditioned stimuli, CS) or important (unconditioned stimuli, US or reinforcer). A typical learning situation is thus identified by a three term contingency of B, CS and US. A functional characterization of the single associations during conditioning in such a three term contingency has so far hardly been possible. Therefore, the operational distinction between classical conditioning as a behavior-independent learning process (CS-US associations) and operant conditioning as essentially behavior-dependent learning (B-US associations) has proven very valuable. However, most learning experiments described so far have not been successful in fully separating operant from classical conditioning into single-association tasks. The Drosophila flight simulator in which the relevant behavior is a single motor variable (yaw torque), allows for the first time to completely separate the operant (B-US, B-CS) and the classical (CS-US) components of a complex learning situation and to examine their interactions. In this thesis the contributions of the single associations (CS-US, B-US and B-CS) to memory formation are studied. Moreover, for the first time a particularly prominent single association (CS-US) is characterized extensively in a three term contingency. A yoked control shows that classical (CS-US) pattern learning requires more training than operant pattern learning. Additionally, it can be demonstrated that an operantly trained stimulus can be successfully transferred from the behavior used during training to a new behavior in a subsequent test phase. This result shows unambiguously that during operant conditioning classical (CS-US) associations can be formed. In an extension to this insight, it emerges that such a classical association blocks the formation of an operant association, which would have been formed without the operant control of the learned stimuli. Instead the operant component seems to develop less markedly and is probably merged into a complex three-way association. This three-way association could either be implemented as a sequential B-CS-US or as a hierarchical (B-CS)-US association. The comparison of a simple classical (CS-US) with a composite operant (B, CS and US) learning situation and of a simple operant (B-US) with another composite operant (B, CS and US) learning situation, suggests a hierarchy of predictors of reinforcement. Operant behavior occurring during composite operant conditioning is hardly conditioned at all. The associability of classical stimuli that bear no relation to the behavior of the animal is of an intermediate value, as is operant behavior alone. Stimuli that are controlled by operant behavior accrue associative strength most easily. If several stimuli are available as potential predictors, again the question arises which CS-US associations are formed? A number of different studies in vertebrates yielded amazingly congruent results. These results inspired to examine and compare the properties of the CS-US association in a complex learning situation at the flight simulator with these vertebrate results. It is shown for the first time that Drosophila can learn compound stimuli and recall the individual components independently and in similar proportions. The attempt to obtain second-order conditioning with these stimuli, yielded a relatively small effect. In comparison with vertebrate data, blocking and sensory preconditioning experiments produced conforming as well as dissenting results. While no blocking could be found, a sound sensory preconditioning effect was obtained. Possible reasons for the failure to find blocking are discussed and further experiments are suggested. The sensory preconditioning effect found in this study is revealed using simultaneous stimulus presentation and depends on the amount of preconditioning. It is argued that this effect is a case of 'incidental learning', where two stimuli are associated without the need of reinforcement. Finally, the implications of the results obtained in this study for the general understanding of memory formation in complex learning situations are discussed.
N2  - Die meisten Lernsituationen sind von komplexer Natur und bestehen aus einer engen Verknüpfung des Verhaltens eines Tieres (B) mit den wahrgenommenen Stimuli. Entsprechend der Reaktion des Tieres auf diese Stimuli werden diese als entweder biologisch neutral (konditionierte Stimuli, CS) oder signifikant (unkonditionierte Stimuli, US oder Verstärker) klassifiziert. Eine typische Lernsituation ist also durch eine Dreiwegebeziehung zwischen B, CS und US gekennzeichnet. Eine funktionelle Charakterisierung der Einzelassoziationen während des Lernens in einer solchen Dreiwegebeziehung war experimentell bisher kaum zugänglich. Operationell wird daher zwischen klassischer Konditionierung als verhaltensunabhängigem Lernvorgang (CS-US Assoziationen) und operanter Konditionierung als essentiell verhaltensabhängigem Lernen (B-US Assoziationen) unterschieden. In den meisten bisher beschriebenen Lernexperimenten ist noch nicht einmal diese Trennung in Einzelassoziationen vollständig durchzuführen gewesen. Im Drosophila Flugsimulator, in dem das relevante Verhalten eine einzelne Bewegungsvariable (das Gierungsdrehmoment) ist, können zum ersten Mal die operanten (B-US, B-CS) und die klassischen (CS-US) Bestandteile einer komplexen Lernsituation völlig getrennt und auf ihre Interaktionen hin untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl die Beiträge der Einzelassoziationen (CS-US, B-US und B-CS) bei der Akquisition der Gedächtnismatrize in komplexen Lernsituationen untersucht, als auch die Eigenschaften einer besonders prominenten Einzelassoziation (CS-US) während einer komplexen Lernsituation zum ersten Mal weitgehend charakterisiert. Mit einer gejochten (yoked) Kontrolle kann gezeigt werden, dass das klassische (CS-US) Musterlernen umfangreicheres Training als das operante Musterlernen erfordert. Außerdem kann die Fliege einen operant gelernter Stimulus von dem Verhalten mit dem er gelernt wurde, auf ein anderes Verhalten im Test übertragen. Dieses Resultat zeigt eindeutig, dass während der operanten Konditionierung klassische (CS-US) Assoziationen gebildet werden können. In einer Erweiterung dieses Ergebnisses zeigt sich, dass solch eine klassische Assoziation, wenn sie gebildet wird, die Bildung einer operanten Assoziation blockiert, die ohne operante Kontrolle der klassisch assoziierten Stimuli gebildet würde. Stattdessen scheint sich der operante Bestandteil weniger ausgeprägt zu entwickeln und ist eventuell in einer komplexen Dreiwege-Assoziation eingebunden. Die Dreiwege-Assoziation könnte entweder als sequentielle B-CS-US oder als hierarchische (B-CS)-US Assoziation implementiert sein. Der Vergleich einer einfachen klassischen (CS-US) mit einer komplexen operanten (B, CS und US) Lernsituation und einer einfachen operanten (B-US) mit einer anderen komplexen operanten (B, CS und US) Lernsituation, ermöglicht das Postulat einer Hierarchie der Prädiktoren für Verstärker. Operantes Verhalten während einer komplexen operanten Lernsituation wird wenig oder überhaupt nicht konditioniert. Die Assoziierbarkeit der klassischen Stimuli ohne Relation zum Verhalten des Tieres (CS-US) sind - wie operantes Verhalten alleine (B-US) auch - von mittlerer Assoziierbarkeit. Stimuli die von operantem Verhalten kon-trolliert werden, erhöhen am schnellsten ihre assoziative Stärke. Sind mehrere Stimuli während des Lernvorgangs zugänglich, stellt sich erneut die Frage, welche von den CS-US Assoziationen gebildet werden. Eine Vielzahl verschiedenster Studien in Vertebraten wiesen erstaunlich übereinstimmende Ergebnisse auf. Diese Ergebnisse inspirierten dazu, die Eigenschaften der CS-US Assoziationen in der komplexen Lernsituation am Flugsimulator zu untersuchen und mit Ergebnissen in Vertebraten zu vergleichen. Es wird erstmals gezeigt, dass Drosophila zusammengesetzte Stimuli lernen und die Einzelkomponenten unabhängig voneinander und in etwa ähnlichen Proportionen wiedererkennen kann. Der Versuch "Lernen zweiter Ordnung" mit diesen Stimuli zu erzielen, liefert einen relativ kleinen Effekt. Die Gegenüberstellung mit Daten aus Vertebraten liefert sowohl Abweichungen als auch Übereinstimmungen hinsichtlich der Lernregeln, die beim klassischen Konditionieren von Vertebraten gefunden wurden. Während es ein deutliches "sensorisches Präkonditionieren" gibt, konnte kein "Blocken" gefunden werden. Das sensorische Präkonditionieren in dieser Studie zeigt sich bei gleichzeitiger Stimuluspräsentation und ist vom Mass der Präkonditionierung abhängig. Es wird argumentiert, dass dieser Effekt ein Fall "beiläufigen Lernens" ist, bei dem zwei Stimuli ohne die Notwendigkeit der Verstärkung assoziiert werden. Für das nicht gefundene Blocken werden mögliche Gründe diskutiert und weiterführende Experimente vor-geschlagen. Abschließend wird über die Implikationen der Resultate dieser Arbeit für das allgemeine Verständnis der Gedächtnisbildung in komplexen Lernsituationen nachgedacht.
KW  - Taufliege
KW  - Lernen
KW  - Flugsimulator
KW  - Drosophila
KW  - Lernen
KW  - Gedächtnis
KW  - Assoziation
KW  - assoziativ
KW  - Flugsimulator
KW  - Lernregeln
KW  - operantes Konditionieren
KW  - klassisches Konditionieren
KW  - Drosophila
KW  - learning
KW  - memory
KW  - association
KW  - associative
KW  - flight simulator
KW  - learning rules
KW  - operant conditioning
KW  - classical conditioning
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1039
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bucher, Daniel
T1  - An Electrophysiological Analysis of Synaptic Transmission at the Drosophila Larval Neuromuscular Junction
T1  - Eine elektrophysiologische Untersuchung synaptische Transmission an der neuromuskulären Endplatte von Drosophila-Larven
N2  - In this thesis, synaptic transmission was studied electrophysiologically at an invertebrate model synapse, the neuromuscular junction of the Drosophila 3rd instar wandering larvae. In the first part, synaptic function is characterized at the neuromuscular junction in fly lines which are null mutants for the synaptic proteins “the synapse associated protein of 47 kDa” (Sap-47156), Synapsin (Syn97), the corresponding double mutant (Sap-47156, Syn97), a null mutant for an as yet uncharacterized Drosophila SR protein kinase, the Serine-Arginine protein kinase 3 (SRPK3), and the Löchrig (Loe) mutant which shows a strong neurodegenerative phenotype. Intracellular voltage recordings from larval body wall muscles 6 and 7 were performed to measure amplitude and frequency of spontaneous single vesicle fusion events (miniature excitatory junction potentials or mEJPs). Evoked excitatory junction potentials (eEJPs) at different frequencies and calcium concentrations were also measured to see if synaptic transmission was altered in mutants which lacked these synaptic proteins. In addition, structure and morphology of presynaptic boutons at the larval neuromuscular junction were examined immunohistochemically using monoclonal antibodies against different synaptic vesicle proteins (SAP-47, CSP, and Synapsin) as well as the active zone protein Bruchpilot. Synaptic physiology and morphology was found to be similar in all null mutant lines. However, Löchrig mutants displayed an elongated bouton morphology, a significant shift towards larger events in mEJP amplitude frequency histograms, and increased synaptic facilitation during a 10 Hz tetanus. These deficits suggest that Loe mutants may have a defect in some aspect of synaptic vesicle recycling. The second part of this thesis involved the electrophysiological characterization of heterologously expressed light activated proteins at the Drosophila neuromuscular junction. Channelrhodopsin-2 (ChR2), a light gated ion channel, and a photoactivated adenylate cyclase (PAC) were expressed in larval motor neurons using the UAS-Gal4 system. Single EJPs could be recorded from muscles 15, 16, and 17 when larva expressing ChR2 were illuminated with short (100 ms) light pulses, whereas long light pulses (10 seconds) resulted in trains of EJPs with a frequency of around 25 Hz. Larva expressing PAC in preparations where motor neurons were cut from the ventral ganglion displayed a significant increase in mEJP frequency after a 1 minute exposure to blue light. Evoked responses in low (.2 mM) calcium were also significantly increased when PAC was stimulated with blue light. When motor nerves were left intact, PAC stimulation resulted in light evoked EJPs in muscles 6 and 7 in a manner consistent with RP3 motor neuron activity. ChR2 and PAC are therefore useful and reliable tools for manipulating neuronal activity in vivo.
N2  - Thema dieser Arbeit war die elektrophysiologische Untersuchung synaptischer Transmission, untersucht an einer Modellsynapse in Invertebraten, der neuromuskulären Synapse von Drosophila- Larven des dritten Larvalstadiums. Im ersten Teil dieser Arbeit, wurde die synaptische Funktion an der neuromuskulären Synapse von Nullmutanten für verschiedene synaptische Proteine charakterisiert (das synapse associated protein of 47 kDa (Sap-47156), Synapsin (Syn97), eine bis dahin uncharakterisierte Drosophila SR-Proteinkinase (SRPK3), und eine Mutante mit einem starken neurodegenerativen Phänotyp (Loe)). Intrazelluläre Ableitungen wurden von Muskel 6 und 7 des Hautmuskelschlauches durchgeführt, um die Amplitude und Frequenz der spontanen Freisetzung von Neurotransmitter aus einzelnen synaptischen Vesikeln (miniature excitatory junction potentials oder mEJPs) zu messen. Außerdem wurden Evoked excitatory junction potentials (eEJPs) bei verschiedenen Frequenzen und verschiedenen Kalziumkonzentrationen gemessen, um zu erforschen, ob die synaptische Transmission in den genannten Mutanten verändert ist. Zusätzlich wurde die Struktur und die Morphology der präsynaptischen Boutons immunhistochemisch untersucht. Dabei wurden monoklonal Antikörper gegen verschiedene Proteine der synaptischen Vesikel (SAP-47, CSP und Synapsin) und gegen das Aktive Zone Protein Bruchpilot benutzt. Die synaptische Physiologie war in den genannten Nullmutanten für synaptische Proteine nicht verändert, im Vergleich zu den wildtypischen Kontrollen, während Löchrig-Mutanten Defekte der synaptischen Übertragung zeigten, die im Einklang standen mit einem Defekt des Recyclings synaptischer Vesikel. Der zweite Teil dieser Arbeit beinhaltet die elektrophysiologische Charakterisierung von heterolog exprimierten Licht-aktivierbaren Proteinen an der neuromuskulären Synapse von Drosophila. Channelrhodopsin-2 (ChR2), ein Licht gesteuerter Ionenkanal und eine Licht-aktivierbare Adenylatcyclase (PAC) wurden mit Hilfe des UAS-Gal4-Systems an der larvalen, neuromuskulären Synapse exprimiert. Wenn ChR2-exprimierende Larven mit kurzen (100ms) Lichtpulsen beleuchtet wurden, konnten einzelne EJPs von den Muskeln 15, 16 und 17 abgeleitet werden. Längere Lichtpulse (10 Sekunden) führten zu einer Serie von EJPs mit einer Frequenz von ca. 25 Hz. Larven, die PAC exprimierten zeigten, in Präparationen in denen die Motoneurone vom Ventralganglion gelöst wurden, nach einminütiger Belichtung mit Blaulicht einen signifikanten Anstieg der mEJP-Frequenz. Auch die EJPs waren in einer Umgebung mit geringer Kalziumkonzentration (0,2 mM) signifikant erhöht, wenn PAC durch Blaulicht stimuliert wurde. Wurden die Motoneurone intakt gelassen, führte die Stimulation der PAC durch Blaulicht zu EJPs in den Muskeln 6 und 7, die im Einklang standen mit RP3 Motoneuronaktivität. Beide Proteine (ChR2 und PAC) erwiesen sich daher als nützliche, zuverlässige Werkzeuge, um die neurale Aktivität in vivo zu manipulieren.
KW  - Drosophila
KW  - synapse
KW  - elektrophysiologie
KW  - Drosophila
KW  - synapse
KW  - electrophysiology
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27784
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fouquet, Wernher
T1  - Analysis of synapse assembly in Drosophila melanogaster
T1  - Analyse des synaptischen Aufbaus der Drosophila melanogaster
N2  - The majority of rapid cell-to-cell communication mechanisms and information processing within the nervous system makes use of chemical synapses. Fast neurotransmission on these sites not only requires very close apposition of pre- and postsynaptic partners, but also depends on an effective structural arrangement of cellular components on both sides of the synaptic cleft. Synaptic vesicles fuse at active zones (AZs), characterized by an electron-dense protein mesh of insufficiently characterized composition and function. EM analysis of synapses identified electron dense structures thought (but not proven) to play an important role for vesicle release efficacy. The molecular organization of presynaptic AZs during Ca2+ influx–triggered neurotransmitter release is currently a focus of intense investigation. Due to its appearance in electron micrographs, dense bodies at Drosophila synapses were named T-bars. Together with the lab of Erich Buchner, we recently showed that Bruchpilot (BRP) of the Drosophila melanogaster, homologous to the mammalian CAST/ERC family in its N-terminal half, is essential for the T-bar assembly at AZs and efficient neurotransmitter release respectively. The question, in which way BRP contributes to functional and structural organization of the AZ, was a major focus of this thesis. First, stimulated emission depletion microscopy (STED), featuring significantly increased optical resolution, was used to achieve first insights into ‘cytoarchitecture’ of the AZ compartment. In addition, in vivo live imaging experiments following identified populations of synapses over extended periods were preformed to address the trafficking of protein at forming synapses and thereby providing a temporal sequence for the AZ assembly process. Apart from BRP, two additional AZ proteins, DLiprin-α and DSyd-1, were included into the analysis, which were both shown to contribute to efficient AZ assembly. Drosophila Syd-1 (DSyd-1) and Drosophila Liprin-α (DLiprin-α) clusters initiated AZ assembly, finally forming discrete ‘quanta’ at the AZ edge. ELKS-related Bruchpilot, in contrast, accumulated late from diffuse pools in the AZ center, where it contributed to the electron dense specialization by adopting an extended conformation vertical to the AZ membrane. We show that DSyd-1 and DLiprin-α are important for efficient AZ formation. The results of this thesis describe AZ assembly as a sequential protracted process, with matured AZs characterized by sub-compartments and likely quantal building blocks. This step-wise, in parts reversible path leading to mature AZ structure and function offers new control possibilities in the development and plasticity of synaptic circuits.
N2  - Durch Ca2+ abhängige Neurotransmitterfreisetzung vermitteln chemische Synapsen die schnelle Informationsübertragung zwischen Nervenzellen. Vorausetzung hierfür sind gewisse zelluläre Eigenschaften, wie eine enge Korrelation zwischen der Prä- und Postsynapse und eine hoch spezialisierte Zusammensetzung von Proteinen. Synaptische Vesikel fusionieren mit der präsynaptischen aktiven Zone (AZ), welche sich aus einem dichten Netzwerk an vielfach noch unerforschter synaptischer Proteine zusammensetzt, das im Transmissionselektronenmikroskop elektronendicht erscheint. Des Weiteren sind ultrastrukturell elektronendichte präsynaptische Spezialisierungen erkennbar (dense bodies), die vermutlich (aber nicht nachweislich) bei der Freisetzung synaptischer Vesikel eine tragende Rolle spielen. Der molekulare Aufbau der AZ ist zurzeit ein weitverbreitetes Studienthema. Die Synapsen der Fruchtfliege Drosophila melanogaster sind präsynaptisch gekennzeichnet durch eine elektronendichte Struktur, welche aufgrund ihrer charakteristischen Form auch als „T-bar“ bezeichnet wird. Durch die Kooperation mit dem Labor von Erich Buchner gelang es uns, das synaptische Protein Bruchpilot (BRP) zu identifizieren. BRP weist im N-terminalen Bereich Homologien zu der in Säuger gefundenen CAST/ERC Proteinfamilie auf, und ist essenziell für die Ausbildung der elektronendichten T-bars an den AZs und für eine effiziente Ausschüttung von Neurotransmitter. In wie weit BRP für die funktionelle und strukturelle Organisation der AZ verantwortlich ist, sollte in der vorliegenden Arbeit erläutert werden. Durch die neu entdeckte „stimulated emission depletion“ Mikroskopie (STED), ist es nun möglich, dank der erhöhten optischen Auflösung, neue Einsichten in die Architektur der AZ zu erlangen. Zusätzlich wurden mit Hilfe von in vivo Experimenten an lebenden Tieren Populationen von Synapsen über längere Zeiträume verfolgt, um so die Synapsenentstehung und den Proteintransport zu untersuchen. Auf diesem Weg sollte eine Abfolge der an der AZ Assemblierung beteiligten Proteine erstellt werden. Neben BRP wurden daher noch zwei weitere AZ Proteine berücksichtigt (DLiprin-α und DSyd-1), welche ebenfalls bei der Bildung neuer synaptischer Kontakten mitwirken. Es konnte gezeigt werden, dass Proteincluster aus Drosophila Syd-1 (DSyd-1) und Drosophila Liprin-α (DLiprin-α) sehr früh während der Bildung neuer synaptischer Kontakte erscheinen und hierbei diskrete ‚Quanta‘ ausbilden, welche sich am Rand der AZ anlagerten. BRP hingegen erreichte die AZ zu einem späteren Zeitpunkt, wahrscheinlich aus diffusen Reservoirs und akkumulierte schließlich im Zentrum der AZ. Mit Hilfe der STED und konfokalen Mikroskopie konnte gezeigt werden, dass sich BRP in einer getreckten, vertikal zur Membran stehenden Orientierung in die elektronendichte Stuktur, den T-bar, einfügt. Zudem sind DSyd-1 und DLiprin-α für eine effiziente Entstehung neuer AZs erforderlich. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse deuten auf ein länger andauerden sequenziellen Assemblierungsprozess der AZ hin, in dem aus quantalen Baueinheiten Subkompartimente an ausgereiften AZs gebildet werden. Dieser gestaffelte, teils reversible Reifungsablauf der AZ eröffnet neue Möglichkeiten zur Kontrolle der Entwicklung und Plastizität neuronaler Netzwerke durch einen noch nicht beschriebenen Mechanismus.
KW  - Synapse
KW  - Drosophila
KW  - STED
KW  - confocal microscopy
KW  - active zone
KW  - Bruchpilot
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38173
ER  - 
TY  - THES
A1  - Yarali, Ayse
T1  - Aspects of predictive learning in the fruit fly
T1  - Aspekte des assoziatives Lernens bei Taufliegen
N2  - Past experience contributes to behavioural organization mainly via learning: Animals learn otherwise ordinary cues as predictors for biologically significant events. This thesis studies such predictive, associative learning, using the fruit fly Drosophila melanogaster. I ask two main questions, which complement each other: One deals with the processing of those cues that are to be learned as predictors for an important event; the other one deals with the processing of the important event itself, which is to be predicted. Do fruit flies learn about combinations of olfactory and visual cues? I probe larval as well as adult fruit flies for the learning about combinations of olfactory and visual cues, using a so called ‘biconditional discrimination’ task: During training, one odour is paired with reinforcement only in light, but not in darkness; the other odour in turn is reinforced only in darkness, but not in light. Thus, neither the odours nor the visual conditions alone predict reinforcement, only combinations of both do. I find no evidence that either larval or adult fruit flies were to solve such task, speaking against a cross-talk between olfactory and visual modalities. Previous studies however suggest such cross-talk. To reconcile these results, I suggest classifying different kinds of interaction between sensory modalities, according to their site along the sensory-motor continuum: I consider an interaction ‘truly’ cross-modal, if it is between the specific features of the stimuli. I consider an interaction ’amodal’ if it instead engages the behavioural tendencies or ‘values’ elicited by each stimulus. Such reasoning brings me to conclude that different behavioural tasks require different kinds of interaction between sensory modalities; whether a given kind of interaction will be found depends on the neuronal infrastructure, which is a function of the species and the developmental stage. Predictive learning of pain-relief in fruit flies Fruit flies build two opposing kinds of memory, based on an experience with electric shock: Those odours that precede shock during training are learned as predictors for punishment and are subsequently avoided; those odours that follow shock during training on the other hand are learned as signals for relief and are subsequently approached. I focus on such relief learning. I start with a detailed parametric analysis of relief learning, testing for reproducibility as well as effects of gender, repetition of training, odour identity, odour concentration and shock intensity. I also characterize how relief memories, once formed, decay. In addition, concerning the psychological mechanisms of relief learning, first, I show that relief learning establishes genuinely associative conditioned approach behaviour and second, I report that it is most likely not mediated by context associations. These results enable the following neurobiological analysis of relief learning; further, they will form in the future the basis for a mathematical model; finally, they will guide the researchers aiming at uncovering relief learning in other experimental systems. Next, I embark upon neurogenetic analysis of relief learning. First, I report that fruit flies mutant for the so called white gene build overall more ‘negative’ memories about an experience with electric shock. That is, in the white mutants, learning about the painful onset of shock is enhanced, whereas learning about the relieving offset of shock is diminished. As they are coherently affected, these two kinds of learning should be in a balance. The molecular mechanism of the effect of white on this balance remains unresolved. Finally, as a first step towards a neuronal circuit analysis of relief learning, I compare it to reward learning and punishment learning. I find that relief learning is distinct from both in terms of the requirement for biogenic amine signaling: Reward and punishment are respectively signalled by octopamine and dopamine, for relief learning, either of these seem dispensible. Further, I find no evidence for roles for two other biogenic amines, tyramine and serotonin in relief learning. Based on these findings I give directions for further research.
N2  - Vergangene Ereignisse beeinflussen die Organisation des Verhaltens hauptsächlich durch das Lernen: Tiere lernen natürlich vorkommende neutrale Reize als Signal für biologisch relevante Ereignisse zu nutzen. Diese Dissertation befasst sich mit derartigen assoziativen Lernvorgängen bei der Taufliege Drosophila melanogaster. Ich stelle zwei, sich ergänzende, grundlegende Fragen: Die eine Frage beschäftigt sich mit der Verarbeitung von Reizen, die als Signal für ein wichtiges Ereignis erlernt werden. Die andere Frage behandelt die Verarbeitung des Ereignisses selbst. Lernen Taufliegen etwas über Kombinationen von olfaktorischen und visuellen Reizen? Sowohl bei larvalen, als auch bei adulten Taufliegen wird das Lernen von Kombinationen aus olfaktorischen und visuellen Stimuli untersucht. Ich verwende einen sogenannten „bikonditionalen Diskriminierungs-Versuchsaufbau“: Während des Trainings wird ein Duft nur im Licht und nicht im Dunkeln mit Reinforcement kombiniert, während ein anderer Duft nur im Dunkeln und nicht im Licht mit Reinforcement kombiniert wird. Somit signalisieren weder die Düfte, noch die visuellen Bedingungen allein das Reinforcement, sondern nur eine Kombination aus Beiden. Ich finde keine Beweise dafür, dass larvale oder adulte Taufliegen eine solche Aufgabe lösen können. Dies spricht gegen eine Interaktion zwischen olfaktorischen und visuellen Modalitäten. Allerdings weisen frühere Studien auf derartige Interaktionen hin. Um meine Ergebnisse mit den bekannten Studien in Einklang zu bringen, ordne ich die unterschiedlichen Interaktionen zwischen den sensorischen Modalitäten nach ihrer Lage entlang des sensorisch-motorischen Kontinuums: Ich bezeichnen eine Interaktion für „echt“ cross-modal, wenn sie zwischen den spezifischen Eigenschaften der beiden Reize stattfindet. Ich halte eine Interaktion für „amodal“, wenn sie zwischen den von den Reizen induzierten Verhaltenstendenzen und „Werten“ stattfindet. Aufgrund dieser Argumentation komme ich zu der Schlussfolgerung, dass unterschiedliche Verhaltensaufgaben unterschiedliche Interaktionen zwischen den sensorischen Modalitäten erfordern. Ob eine Art von Interaktion gefunden wird oder nicht hängt von der neuronalen Vernetzung ab, welche charakteristisch für Art und Entwicklungsstadium ist. Assoziatives Lernen von Schmerz-Erleichterung bei Taufliegen Taufliegen entwickeln zwei unterschiedliche Arten von Gedächtnissen basierend auf Erfahrung mit Elektro-Schock: Düfte, die während des Trainings dem Schock vorausgehen, werden als Bestrafungssignale gelernt und deshalb vermieden. Düfte, die während des Trainings auf den Schock folgen, werden als Erleichterungssignale gelernt und deshalb bevorzugt. Ich beschäftige mich mit der zweiten Art dieses assoziativen Lernens, das ich als „Erleichterungslernen“ bezeichne. Ich beginne mit einer detaillierten parametrischen Analyse des Erleichterungslernens. Die Reproduzierbarkeit, sowie die Einflüsse des Geschlechts, der Anzahl an Trainingswiederholungen, der Duftintensität, der Duftkonzentration und der Schockintensität werden geprüft. Ich teste, wie das Erleichterungsgedächtnis, nachdem es gebildet wurde, wieder gelöscht wird. Des Weiteren gehe ich zwei wichtigen Fragen zu den psychologischen Mechanismen des Erleichterungslernen nach: Zum einen zeige ich, dass das Erleichterungslernen echtes assoziativ konditioniertes Annäherungsverhalten etabliert. Zum anderen zeige ich, dass vorausgegangenes Kontext-Schock Training das folgende Erleichterungslernen nicht beeinflusst. Das Erleichterungslernen wird also nicht durch Kontextassoziation vermittelt. Diese Ergebnisse erlauben die folgende neurobiologische Analyse des Erleichterungslernens. Außerdem werden sie in Zukunft als Grundlage für ein mathematisches Modell des Erleichterungslernens dienen. Schließlich werden die Forscher/innen, die das Erleichterungslernen in anderen experimentellen Systemen untersuchen, von diesen parametrischen Erkenntnissen profitieren. In einer neurobiologischen Analyse des Erleichterungslernens zeige ich, dass der Verlust der Funktion des sogenannten white Gens die beiden unterschiedlichen Arten von Schock-Induziertem Lernen zusammenhängend beeinflusst: Das Bestrafungslernen wird verstärkt und das Erleichterungslernen wird abgeschwächt. Auf Grund dieses Ergebnisses schlagen ich vor, dass sich diese zwei Arten von Lernen in einem Gleichgewicht befinden sollen, welches vom white Gen beeinflusst wird. Die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen eines solchen Gleichgewichts sind noch nicht bekannt. Schließlich vergleiche ich das Erleichterungslernen mit dem Belohnungslernen und dem Bestrafungslernen. Ich zeige, dass das Erleichterungslernen anders ist als beide: Bestrafung und Belohnung werden entsprechend von Dopamin und Octopamin vermittelt. Für das Erleichterungslernen sind beide diese biogenen Aminen unnötig. Ebenso finde ich beim Erleichterungslernen keinen Beleg für die Rolle von zwei weiteren Aminen: Tyramin und Serotonin. Aufgrund dieser Ergebnisse schlage ich vor weitere Forschungsrichtungen.
KW  - Lernen
KW  - Drosophila
KW  - Neurogenetik
KW  - Lernverhalten
KW  - olfaktorik
KW  - sehen
KW  - erleichterungslernen
KW  - associative learning
KW  - drosophila
KW  - neurogenetic analyses
KW  - behavioural analyses
KW  - relief
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28741
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Chen, Yi-chun
A1  - Mishra, Dushyant
A1  - Gläß, Sebastian
A1  - Gerber, Bertram
T1  - Behavioral Evidence for Enhanced Processing of the Minor Component of Binary Odor Mixtures in Larval Drosophila
JF  - Frontiers in Psychology
N2  - A fundamental problem in deciding between mutually exclusive options is that the decision needs to be categorical although the properties of the options often differ but in grade. We developed an experimental handle to study this aspect of behavior organization. Larval Drosophila were trained such that in one set of animals odor A was rewarded, but odor B was not (A+/B), whereas a second set of animals was trained reciprocally (A/B+). We then measured the preference of the larvae either for A, or for B, or for “morphed” mixtures of A and B, that is for mixtures differing in the ratio of the two components. As expected, the larvae showed higher preference when only the previously rewarded odor was presented than when only the previously unrewarded odor was presented. For mixtures of A and B that differed in the ratio of the two components, the major component dominated preference behavior—but it dominated less than expected from a linear relationship between mixture ratio and preference behavior. This suggests that a minor component can have an enhanced impact in a mixture, relative to such a linear expectation. The current paradigm may prove useful in understanding how nervous systems generate discrete outputs in the face of inputs that differ only gradually.
KW  - learning
KW  - memory
KW  - perception
KW  - compound conditioning
KW  - decision-making
KW  - Drosophila
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170011
VL  - 8
IS  - 1923
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Selcho, Mareike
A1  - Millán, Carola
A1  - Palacios-Muñoz, Angelina
A1  - Ruf, Franziska
A1  - Ubillo, Lilian
A1  - Chen, Jiangtian
A1  - Bergmann, Gregor
A1  - Ito, Chihiro
A1  - Silva, Valeria
A1  - Wegener, Christian
A1  - Ewer, John
T1  - Central and peripheral clocks are coupled by a neuropeptide pathway in Drosophila
JF  - Nature Communications
N2  - Animal circadian clocks consist of central and peripheral pacemakers, which are coordinated to produce daily rhythms in physiology and behaviour. Despite its importance for optimal performance and health, the mechanism of clock coordination is poorly understood. Here we dissect the pathway through which the circadian clock of Drosophila imposes daily rhythmicity to the pattern of adult emergence. Rhythmicity depends on the coupling between the brain clock and a peripheral clock in the prothoracic gland (PG), which produces the steroid hormone, ecdysone. Time information from the central clock is transmitted via the neuropeptide, sNPF, to non-clock neurons that produce the neuropeptide, PTTH. These secretory neurons then forward time information to the PG clock. We also show that the central clock exerts a dominant role on the peripheral clock. This use of two coupled clocks could serve as a paradigm to understand how daily steroid hormone rhythms are generated in animals.
KW  - circadian clock
KW  - Drosophila
KW  - neuropeptide pathway
KW  - peripheral clocks
KW  - central clocks
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170831
VL  - 8
IS  - 15563
ER  - 
TY  - THES
A1  - Putz, Gabriele
T1  - Characterization of memories and ignorant (S6KII) mutants in operant conditioning in the heat-box
T1  - Charakterisierung von Gedaechtnissen, sowie der ignorant(S6KII)-Mutante in der operanten Konditionierung in der Hitzekammer
N2  - Learning and memory processes of operant conditioning in the heat-box were analysed. Age, sex, and larval desity were not critical parameters influencing memory, while low or high activity levels of flies were negatively correlated with their performance. In a search for conditioning parameters leading to high retention scores, intermittent training was shown to give better results than continuous training. As the memory test is the immediate continuation of the conditioning phase just omitting reinforcement, we obtain a memory which consists of two components: a spatial preference for one side of the chamber and a stay-where-you-are effect in which the side preference is contaminated by the persistence of heat avoidance. Intermittent training strengthens the latter. In the next part, memory retention was investigated. Flies were trained in one chamber and tested in a second one after a brief reminder training. With this direct transfer, memory scores reflect an associative learning process in the first chamber. To investigate memory retention after extended time periods, indirect transfer experiments were performed. The fly was transferred to a different environment between training and test phases. With this procedure an after-effect of the training was still observed two hours later. Surprisingly, exposure to the chamber without conditioning also lead to a memory effect in the indirect transfer experiment. This exposure effect revealed a dispositional change that facilitates operant learning during the reminder training. The various memory effects are independent of the mushroom bodies. The transfer experiments and yoked controls proved that the heat-box records an associative memory. Even two hours after the operant conditioning procedure, the fly remembers that its position in the chamber controls temperature. The cAMP signaling cascade is involved in heat-box learning. Thus, amnesiac, rutabaga, and dunce mutants have an impaired learning / memory. Searching for, yet unknown, genes and signaling cascades involved in operant conditioning, a Drosophila melanogaster mutant screen with 1221 viable X-chromosome P-element lines was performed. 29 lines with consistently reduced heat avoidance/ learning or memory scores were isolated. Among those, three lines have the p[lacW] located in the amnesiac ORF, confirming that with the chosen candidate criteria the heat-box is a useful tool to screen for learning and /or memory mutants. The mutant line ignP1 (8522), which is defective in the gene encoding p90 ribosomal S6 kinase (S6KII), was investigated. The P-insertion of line ignP1 is the first Drosophila mutation in the ignorant (S6KII) gene. It has the transposon inserted in the first exon. Mutant males are characterized by low training performance, while females perform well in the standard experiment. Several deletion mutants of the ignorant gene have been generated. In precise jumpouts the phenotype was reverted. Imprecise jumpouts with a partial loss of the coding region were defective in operant conditioning. Surprisingly, null mutants showed wild-type behavior. This might indicate an indirect effect of the mutated ignorant gene on learning processes. In classical odor avoidance conditioning, ignorant null mutants showed a defect in the 3-min, 30-min, and 3-hr memory, while the precise jumpout of the transposon resulted in a reversion of the behavioral phenotype. Deviating results from operant and classical conditioning indicate different roles for S6KII in the two types of learning.
N2  - Es wurden die Lern- und Gedächtnisprozesse bei der operanten Konditionierung in der Hitzekammer untersucht. Alter, Geschlecht und Larvendichte waren keine kritischen Parameter, die das Gedächtnis beeinflussten, während sowohl niedrige als auch hohe Laufaktivität der Fliegen mit deren Performance negativ korreliert war. Auf der Suche nach Konditionierungsparametern, die zu hohen Gedächtniswerten führen, lieferte ein Training mit mehreren Training/Test-Intervallen bessere Ergebnisse als ein kontinuierliches Training. Da der Gedächtnistest, bei dem die Hitze abgestellt wird, direkt im Anschluß an die Konditionierungsphase erfolgt, erhalten wir einen Gedächtniswert, der zwei Komponenten beinhaltet: eine räumliche Präferenz für eine Kammerhälfte und einem "bleib-wo-du-bist Effekt", der sich aus Seitenpräferenz und langanhaltender Hitzevermeidung per se zusammensetzt. Ein Training mit mehreren Training/Test-Intervallen verstärkt letzteren Effekt. Im nächsten Teil meiner Arbeit wurde der Gedächtnisabfall untersucht. Fliegen wurden in einer Kammer trainiert und nach einem kurzen Erinnerungstraining in einer zweiten Kammer getestet. In diesem direkten Transfer spiegeln die Gedächtniswerte einen assoziativen Lernprozeß wieder, der in der ersten Kammer stattfindet. Um den Gedächtnisabfall nach längeren Zeitintervallen untersuchen zu können, wurden indirekte Transferexperimente durchgeführt. Die Fliege wurde dazu zwischen Trainings- und Testphasen in eine andere Umgebung gebracht. Mit Hilfe dieser Methode konnte ein Nacheffekt noch zwei Stunden nach dem Training beobachtet werden. Überraschenderweise führt im indirekten Transferexperiment ein Aufenthalt in der Kammer auch ohne Konditionierung zu einem Gedächtniseffekt. Dieser "Aufenthaltseffekt" spiegelt eine dispositionelle Veränderung wieder, die das operante Lernen während des Erinnerungstrainings begünstigt. Die verschiedenen Gedächtniseffekte sind pilzkörperunabhängig. Transferexperimente und Yoked-Kontrollen zeigten, dass in der Hitzekammer assoziatives Gedächtnis gemessen wird. Selbst zwei Stunden nach der operanten Konditionierung, erinnert sich die Fliege daran, dass ihre Position in der Kammer die dortige Temperatur kontrolliert. Die cAMP Signaltransduktionskaskade ist an den Lernprozessen der Fliegen in der Hitzekammer beteiligt. amnesiac, rutabaga und dunce Mutanten haben daher eine verminderte Lern- / Gedächtnisleistung. Um nach bisher unbekannten Genen und Signalkaskaden zu suchen, die in der operanten Konditionierung eine Rolle spielen, wurde ein Drosophila melanogaster Mutanten Screen mit 1221 lebensfähigen X-chromosomalen P-element Linien durchgeführt. 29 Linien mit konsistet reduzierten Lern- oder Gedächtniswerten wurden isoliert. Darunter befanden sich drei Linien mit einer p[lacW] Insertion im amnesiac ORF. Dieses Ergebnis bestätigt, dass die Hitzekammer mit den gewählten Kriterien ein hilfreiches Werkzeug bei der Suche nach Lern- und / oder Gedächtnismutanten ist. Die Mutante ignP1 (8522), die im Gen für p90 ribosomale S6 kinase (S6KII) einen Defekt besitzt, wurde untersucht. Die P-Insertion des ignP1 Stammes ist die erste Mutation im ignorant (S6KII) Gen. Das Transposons ist im ersten Exon inseriert. Männliche Mutanten sind durch eine niedrige Trainingsperformance gekennzeichnet, während sich Weibchen im Standardexperiment wildtypisch verhalten. Mehrere Deletionsmutanten im ignorant Gen wurden hergestellt. In präzisen Exzisionslinien war der Phänotyp revertiert, während impräzise Exzisionslinien mit teilweisem Verlust der kodierenden Region in der operanten Konditionierung einen Defekt zeigten defekt. Überraschenderweise wurde bei Nullmutanten wildtypisches Verhalten beobachtet. Dies könnte auf einen indirekten Effekt des mutierten ignorant Gens auf Lernprozesse hindeuten. Bei der klassischen Duftkonditionierung zeigten ignorant Nullmutanten einen Defekt im 3-min, 30-min und 3-Stunden Gedächtnis, während präzise Exzisionen des Transposons zu einer Reversion des Verhaltensphänotyps führten. Voneinander abweichende Ergebnisse bei der operanten und klassischen Konditionierung weisen darauf hin, dass S6KII unterschiedliche Rollen in diesen Formen des Lernens spielt.
KW  - Taufliege
KW  - Operante Konditionierung
KW  - Gedächtnis
KW  - Drosophila
KW  - Hitzekammer
KW  - operante Konditionierung
KW  - Gedaechtnis
KW  - p90 ribosomale S6 kinase
KW  - Drosophila
KW  - heat-box
KW  - operant conditioning
KW  - memory
KW  - p90 ribosomal S6 kinase
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4195
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eschbach, Claire
T1  - Classical and operant learning in the larvae of Drosophila melanogaster
T1  - Klassiches und operantes Lernen bei Larven der Drosophila melanogaster
N2  - In dieser Doktorarbeit studiere ich einige psychologische Aspekte im Verhalten der Drosophila, insbesondere von Drosophila Larven. Nach einer Einleitung, in der ich den wissenschaftlichen Kontext darstelle und die Mechanismen der olfaktorischen Wahrnehmung sowie des klassichen und operanten Lernens beschreibe, stelle ich die verschiedenen Experimente meiner Doktorarbeit vor. Wahrnehmung Das zweite Kapitel behandelt die Art, in der adulte Drosophila zwischen Einzeldüften und Duftgemischen generaliseren. Ich habe gefunden, daß die Fliegen eine Mischung aus zwei Düften als gleich verschieden von ihren beiden Elementen wahrnehmen; und daß die Intensität sowie die chemisch-physikalische Natur der Elemente das Ausmass der Generalisierung zwischen der Mischung und ihren beiden Elementen beeinflusst. Diese Entdeckungen sollten für die weitere Forschung anregend sein, wie zum Beispiel zum functional imaging. Gedächtnis Das dritte Kapitel stellt die Etablierung eines neuen Protokolls zur klassischen Konditionierung bei Drosophila Larven dar. Es handelt sich um Experimente, bei denen ein Duft mit einer mechanischen Störung als Strafreiz verknüpft wird. Das Protokoll wird einen Vergleich zwischen zwei Arten vom aversiven Gedächtnissen (Geschmack vs. mechanische Störung als Strafreize) ermöglichen, einschliesslich eines Vergleiches ihrer neurogenetischen Grundlagen; zudem kann nun geforscht werden, ob die jeweiligen Gedächtnisse spezifisch für die Art des verwendeten Strafreizes sind. Selbstgestaltung Das vierte Kapitel umfasst unsere Versuche, operantes Gedächtnis bei Drosophila Larven zu beobachten. Zumindest für die unmittelbar ersten Momente des Tests konnte ich zeigen, dass die Larven ihr Verhalten entsprechend dem Training ausrichten. Dieses Gedächtnis scheint jedoch im Laufe des Tests schnell zu verschwinden. Es ist daher geraten, diese Ergebnisse über operantes Lernen zu wiederholen, eventuell das experimentelle Protokoll zu verbessern, um so eine systematische Analyse der Bedingungen und Mechanismen für das operante Lernen bei der Drosophila Larve zu erlauben. Im fünften Kapitel verwende ich die im Rahmen des vierten Kapitels entwickelten Methoden für eine Analyse der Fortbewegung der Larven. Ich habe insbesondere die Wirkung des pflanzlichen ‚cognitive enhancers’ Rhodiola rosea untersucht, sowie die Auswirkungen von Mutationen in den Genen, welche für Synapsin und SAP47 kodieren; schliesslich habe ich getestet, ob die Geschmacksqualität der Testsituation lokomotorische Parameter verändert. Diese Dissertation erbringt also eine Reihe neuer Aspekte zur Psychologie der Drosophila und wird hoffentlich in diesem Bereich der Forschung neue Wege öffnen.
N2  - In this thesis I studied psychological aspects in the behaviour of Drosophila, and especially Drosophila larvae. After an introduction where I present the general scientific context and describe the mechanisms of olfactory perception as well as of classical and operant conditioning, I present the different experiments that I realised during my PhD. Perception The second chapter deals with the way adult Drosophila generalise between single odours and binary mixtures of odours. I found that flies perceive a mixture of two odours as equally similar to the two elements composing it; and that the intensity as well as the physico-chemical nature of the elements composing a mixture affect the degree of generalisation between this mixture and one of its elements. These findings now call for further investigation on the physiological level, using functional imaging. Memory The third chapter presents a series of experiments in Drosophila larvae in order to define some characteristics of a new protocol for classical aversive learning which involves associating odours with mechanical disturbance as a punishment. The protocol and the first results should open new doors for the study of classical conditioning in Drosophila larvae, by allowing the comparison between two types of aversive memory (gustatory vs. mechanical reinforcement), including a comparison of their neurogenetic bases. It will also allow enquiries into the question whether these respective memories are specific for the kind of reinforcer used. Agency The fourth chapter documents our attempts to establish operant memory in Drosophila larvae. By analysing the first moments of the test, I could reveal that the larvae modified their behaviour according to their previous operant training. However, this memory seems to be quickly extinguished during the course of the test. We now aim at repeating these results and improving the protocol, in order to be able to systematically study the mechanisms allowing and underlying operant learning in Drosophila larvae. In the fifth chapter, I use the methods developed in chapter four for an analysis of larval locomotion. I determine whether larval locomotion in terms of speed or angular speed is affected by a treatment with the “cognitive enhancer” Rhodiola rosea, or by mutations in the Synapsin or SAP47 genes which are involved in the formation of olfactory memory. I also characterize the modifications induced by the presence of gustatory stimuli in the substrate on which the larvae are crawling. This thesis thus brings new elements to the current knowledge of Drosophila
KW  - Lernen
KW  - Taufliege
KW  - Neurobiologie
KW  - Drosophila
KW  - learning
KW  - Drosophila
KW  - neurobiology
KW  - behaviour
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70583
ER  - 
TY  - THES
A1  - Toepfer, Franziska Helene
T1  - Component selectivity and multistability in a \(Drosophila\) orientation paradigm using incoherent motion stimuli
T1  - Komponenten-Selektivität und Multistabilität in einem Orientierungsparadigma für \(Drosophila\) unter Verwendung inkohärenter Bewegungsreize
N2  - Visual information is essential for Drosophila to navigate its environment. The visual system of the fly has been studied for many decades and has yielded many insights about vision in general. However, visual information can be ambiguous and the system processing it needs to be able to cope with that. In this study, the visual orientation behavior of Drosophila is challenged by panoramic incoherent motion stimuli to which the fly can respond in three different, equally adaptive ways. The study is conducted in a well-established setup, the so-called flight simulator (Heisenberg and Wolf, 1993), where the fly can control its visual surroundings in stationary flight with its yaw torque, which is simultaneously recorded. The fly can either use one of two incoherently moving panorama patterns or the integrated motion of both as its reference for straight flight. It is observed that flies use all three of these behavioral alternatives for orientation.  Previous models of fly motion vision do not predict a bimodal tuning to incoherent wide-field motion stimuli (Joesch et al., 2008, Borst et al., 1995), however, a recent study on blowflies could suggests that they show component selectivity to the individual moving gratings in a compound plaid stimulus (Saleem et al., 2012). Here, it can be shown that the same bimodal tuning manifests in Drosophila, although the stimuli used are different and most of the experiments are conducted in closed loop. It is found that the extent to which the Drosophila expresses this component selectivity in its orientation behavior, i.e. how often it stabilizes a single panorama pattern instead of the integrated motion of both, depends on two properties of the panorama stimuli, pattern contrast and horizontal pattern element distance. Single pattern stabilization decreases with increasing contrast and increasing pattern element distance. In the latter case, it increases again when there are very few horizontal pattern elements, although that appears to be the result of a lack of rivalry between the patterns due to the low number of pattern elements. Both increased pattern contrast and pattern element distance increase the salience of the single pattern elements. A single element in a compound visual stimulus, like a dot within a dot pattern, can be interpreted as a standalone figure or a part of a bigger unit. Previous studies on Drosophila vision have concentrated on how the fly discriminates a figure from the background (Heisenberg and Wolf, 1984, Bahl et al., 2013, Aptekar et al., 2012), but have hardly touched the question of what qualifies a figure or a background (i.e. a panorama) stimulus as such. In the present study, it is observed that, when exposed to incoherent panoramic motion stimuli, the flies prefer to orient themselves towards the average of the two motions when the panorama stimuli possess strong figure features and towards the single patterns when they do not and single pattern elements are therefore less salient. 
The above-mentioned plaid stimuli are a well-known multistable percept in human psychophysics. Multistability is a property of higher visual systems and considered an indicator of endogenous activity in vision. As Drosophila expresses behavioral multistability in the IPMP, it is evaluated in this respect. The results show several parallels to human multistable perception. For one, the frequency and duration with which a behavior occurs, can be influenced, but the occurrence of the behaviors is non-deterministic and not coupled to the stimulus. It can also be shown that the switches between behaviors do not stem from a rivalry of the two visual hemispheres of the fly, although monocularity does also influence the likelihood with which the behaviors occur. Secondly, like in human perceptual rivalry, individual flies exhibit strong idiosyncrasies regarding the overall durations they spend with the different behaviors and the frequencies with which they switch between them. Finally, the distribution of the durations between the behavioral switches can be fit to the same function as the distribution of percept durations in human multistable perception, the gamma function, although it has a different shape and therefore also differing parameters. The Drosophila mutant radish, which has been shown to have attention-like deficits (van Swinderen and Brembs, 2010, Koenig et al., 2016a), does also express an altered behavior in the IPMP compared to wildtype flies. As these behavioral alterations resemble effects on multistable perception found in humans suffering from ADHD (Amador-Campos et al., 2015) and perceptual multistability is generally considered to be closely related to attention (Leopold and Logothetis, 1999), attentional processes are also very likely to play a role in the flies’ behavior in the IPMP.
In conclusion, the visual system of Drosophila is capable disentangle incoherent motion stimuli even if they overlap and cover the entire visual field, i.e. it shows component selectivity of wide-field motion. Whether it uses a single wide-field motion component or the average of two as its reference for straight flight depends on pattern contrast and horizontal pattern element density, which indicates an involvement of a figure-background rivalry. This rivalry and the one between the two wide-field motion components elicit a multistability in the orientation behavior of the fly the temporal dynamics of which partially resemble the temporal dynamics of human multistable perception and which also suggests the involvement of attentional processes.
N2  - Visuelle Information ist von wesentlicher Bedeutung für Drosophila um sich in ihrer Umgebung zurecht zu finden. Das visuelle System der Fliege wird seit vielen Jahrzehnten untersucht und hat wichtige Erkenntnisse über Sehen im Allgemeinen hervorgebracht. Visuelle Information kann mehrdeutig sein und das System, das sie verarbeitet muss in der Lage sein damit umzugehen. In dieser Arbeit wird das visuelle Orientierungsverhalten von Drosophila durch inkohärente Großfeldbewegungen herausgefordert, auf die die Fliege auf drei verschiedene, gleich plausible Weisen reagieren kann. Die Studie wird in einem etablierten Versuchsaufbau durchgeführt, dem sogenannten Flugsimulator (Heisenberg and Wolf, 1993), in dem die Fliege im stationären Flug ihren visuellen Input  mit ihrem Drehmoment kontrollieren kann. Die Fliege kann entweder eines von zwei sich inkohärent bewegenden Panoramamustern oder deren integrierte Gesamtbewegung als Referenz für ihren Geradeausflug nutzen. Es wird beobachtet, dass die Fliegen alle drei dieser Verhaltens-Alternativen zur Orientierung benutzen. Bisherige Modelle des Bewegungssehens der Fliege sagen keine bimodale Reaktion auf inkohärente Bewegungsreize vorher (Borst et al., 1995, Joesch et al., 2008), allerdings konnte kürzlich eine Studie an Calliphora zeigen, dass diese Komponenten-Selektivität bezüglich der einzelnen Bewegungen der Streifenmuster eines daraus zusammengesetzten Karomusters zeigen (Saleem et al., 2012). Hier kann gezeigt werden, dass diese bimodale Reaktion auch in Drosophila der Fall ist, obwohl die visuellen Stimuli unterschiedlich sind und die meisten Experimente im geschlossenen Regelkreis durchgeführt werden. Des weiteren zeigt sich, dass der Umfang in dem Drosophila diese Komponentenselektivität in ihrem Orientierungsverhalten zeigt, d.h. wie häufig sie ein einzelnes Panoramamuster statt der integrierten Bewegung von beiden stabilisiert, von zwei Eigenschaften des Musters, dem Musterkontrast und dem horizontalen Abstand der einzelnen Musterelemente, abhängt. Die Einzelmusterstabilisierung nimmt mit steigendem Kontrast und steigendem Musterelementabstand ab. Bei letzterem steigt sie wieder, wenn die Anzahl der horizontalen Musterelemente sehr gering ist, allerdings scheint dies das Ergebnis von fehlender Konkurrenz zwischen den Mustern aufgrund der niedrigen Anzahl der Musterelemente zu sein. Sowohl gesteigerter Kontrast und Musterelementabstand steigern das Hervorstechen der einzelnen Musterelemente. Ein einzelnes Element in einem zusammengesetzen visuellen Stimulus, wie ein Punkt in einem Punktemuster, kann sowohl als alleinstehendes Objekt als auch als Teil einer größeren Einheit interpretiert werden. Bisherige Studien am visuellen System von Drosophila haben sich darauf konzentriert, wie die Fliege ein Objekt vom Hintergrund unterscheidet (Aptekar et al., 2012, Bahl et al., 2013, Heisenberg and Wolf, 1984), aber kaum behandelt, was ein Objekt oder einen Hintergrund als solchen definiert. In dieser Studie wird beobachtet, dass die Fliege, wenn sie mit zwei sich inkohärent bewegenden Panoramastimuli konfrontiert wird, es bevorzugt sich am Mittelwert der beiden Bewegungen zu orientieren, wenn diese starke Objekteigenschaften aufweisen und an den Einzelmustern, wenn sie dies nicht der Fall ist und die einzelnen Musterelement daher weniger stark hervorstehen. 
Die erwähnten Karomusterreize sind ein bekanntes Beispiel multistabiler Wahrnehmung der Humanpsychophysik. Multistabilität ist eine Eigenschaft höherer visueller Systeme und ein Indikator von endogener Aktivität. Da Drosophila Multistabilität in ihrem Verhalten im IPMP aufweist, wird es diesbezüglich ausgewertet.  Die Ergebnisse zeigen mehrere Parallelen zur menschlichen multistabilen Wahrnehmung. Zum einen kann die Häufigkeit und die Dauer mit der ein Verhalten auftritt, beeinflusst werden, aber das Auftreten der Verhaltensweisen ist nicht deterministisch und nicht an den Stimulus gekoppelt. Es kann auch gezeigt werden, dass die Wechsel zwischen den Verhaltensweisen nicht von einer Rivalität zwischen den beiden visuellen Hemisphären der Fliege herrühren, obwohl Monokularität die Wahrscheinlichkeit mit der die Verhaltensweisen auftreten, beeinflusst. Zweitens weisen die einzelnen Fliegen, wie auch Menschen in multistabilen Wahrnehmungsparadigmen, starke Idiosynkrasien bezüglich der Gesamtdauer, die sie mit einem Verhalten verbringen und der Häufigkeit mit der sie zwischen diesen hin und her wechseln, auf. Schließlich folgt die Verteilung der Zeitspannen zwischen den Wechseln zwischen den Verhaltensweisen der gleichen Funktion wie die Verteilung der Wahrnehmungsdauern in der menschlichen multistabilen Wahrnehmung, der Gamma-Funktion, obwohl sie eine unterschiedliche Form hat und daher auch andere Parameter. Die Drosophila-Mutante radish, von der gezeigt werden konnte, dass sie aufmerksamkeits-ähnliche Defizite hat (van Swinderen and Brembs, 2010, Koenig et al., 2016a), zeigt im Vergleich mit wildtypischen Fliegen auch im IPMP ein verändertes Verhalten. Da diese Veränderungen Effekten auf multistabile Wahrnehmung ähneln, die bei ADHS-Patienten gefunden wurden (Amador-Campos et al., 2015) und multistabile Wahrnehmung im Allgemeinen als nahe verwandt mit Aufmerksamkeit angesehen wird (Leopold and Logothetis, 1999), spielen Aufmerksamkeitsprozesse sehr wahrscheinlich auch eine Rolle im Verhalten der Fliege im IPMP.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das visuelle System von Drosophila in der Lage ist inkohärente Bewegungsreize sogar dann zu trennen wenn diese vollständig überlappen und das gesamte Sehfeld umfassen, d.h. es weist Komponentenselektivität von Großfeldbewegungen auf. Ob sie eine einzele Großfeldbewegungskomponente oder den Mittelwert von Zweien als Referenz für Geradeausflug nutzt, hängt von Kontrast und Dichte der horizontalen Musterelemente ab, was eine Beteiligung einer Objekt-Hintergrund-Rivalität impliziert. Diese Rivalität und diejenige zwischen den beiden Großfeldbewegungskomponenten lösen eine Multistabilität im Orientierungsverhalten der Fliege aus, deren zeitliche Dynamik teilweise der der menschlichen multistabilen Wahrnehmung entspricht und die die Beteiligung von Aufmerksamkeitsprozessen wahrscheinlich macht.
KW  - Drosophila
KW  - Invertebrate vision
KW  - Transparent motion
KW  - Component selectivity
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-153346
ER  -