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Behavioral quantification of object tracking dynamics of visual interneurons in Drosophila melanogaster

Soselisa, Sayanne Jerney (2018) Behavioral quantification of object tracking dynamics of visual interneurons in Drosophila melanogaster.
Dissertation, University of Vienna. Fakultät für Lebenswissenschaften
BetreuerIn: Straw, Andrew
Gesperrt bis: 5 September 2020
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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-27472.93155.138061-3

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Abstract in English

For many animals, vision is one of the main modalities through which it senses its environment. To do that, the brain needs to decode the dark-or-light information coming from individual photoreceptors into useful features, such as objects or motion. Motion information for instance, can be computed from localized responses, and contribute to object tracking behavior. In Drosophila melanogaster, many parts of the circuits underlying motion vision have been identified, by making use of the small number of neurons in the fly brain, combined with the large number of genetic tools available to selectively modulate their activity. Here, we quantify the temporal dynamics of object tracking behavior by modulating the feedback control in a flight simulator. We investigate how different neurons contribute to object tracking behavior at different temporal frequencies. In the first part, we find that T4 and T5 neurons, well known as the first direction selective neurons of the fly motion processing pathway, contribute mainly to high frequency, fast object tracking, and we show this is consistent with asymmetric motion models of fly motion vision. We further show that such models can explain a variety of observed behaviors that were previously thought to require additional T4 and T5 independent circuitry. In the second part, we investigate how neurons that connect the optic lobes of the fly directly contribute to object tracking behavior under different conditions, and assess whether they contribute to behavioral switching observed for central complex neurons, when presented with multiple objects under dynamic conditions. While the tested inter-optic lobe neurons did not contribute to such responses, we show that the precise tracking dynamics depend on the composition of the background against which the object is tracked in control flies, and show that one type of inter-optic lobe neurons differentially contribute to object tracking under various conditions.

Schlagwörter in Englisch

behavior / drosophila / vision / object tracking

Abstract in German

Die visuelle Wahrnehmung ist für viele Tiere eine der wichtigsten Modalitäten um die Welt zu erfassen. Dafür muss das Gehirn die eindimensionalen Hell- Dunkelinformationen der Fotorezeptoren in relevante Komponenten, wie Objekte, dekodieren. So kann aus lokalen Veränderungen zum Beispiel Bewegung berechnet werden; eine wichtige Komponente der Objekt-Fixierung. In Drosophila melanogaster sind viele Komponenten des Netzwerkes welches dem Bewegungssehen zugrunde liegt bereits identifiziert. Hierfür konnte die Forschung sich die vergleichsweise geringe Anzahl der Neuronen zu Nutze machen und von vielen, bereits entwickelten, genetischen Werkzeugen in der Fliege profitieren. In der vorliegenden Studie untersuchen wir die temporale Dynamik von Objekt- Fixierung bei Fliegen in einem virtuellen Flugsimulator, indem wir den Feedback- Mechanismus des von der Fliege gesteuerten, visuellen Stimulus manipulieren. Dabei erforschen wir wie unterschiedliche Neuronen bestimmtes Verhalten in Abhängigkeit von variierenden temporalen Frequenzen eines oszillierenden, visuellen Stimulus steuern können. Wir zeigen, dass T4 und T5 Neuronen, auch bekannt als die ersten richtungsabhängigen Neuronen im Bewegungssichtweg, hauptsächlich zum Fixierungsverhalten bei hohen Frequenzen beitragen; in Übereinstimmung mit dem asymmetrischen Bewegungssichtmodell. Weiterhin zeigen wir, dass die Verfolgungsdynamik durch Zusammensetzung und Komplexität des visuellen Stimulus beeinflusst wird und dass dieser Aspekt unabhängig von T4 und T5 Neuronen ist. In einer Erweiterung der Studie betrachten wir Neuronen, die die beiden optischen Loben der Fliege verbinden. Für einige Driver-Stämme wurden hierbei unterschiedliche Beiträge am Fixierungsverhalten gefunden. Während einer der Stämme den Phänotyp der T4T5-Neuronen imitiert und auf motorische Defekte zurückführbar zu sein scheint, verbessern oder verringern andere Stämme die Objektverfolgung über das gesamte Frequenzspektrum. Daraus schließen wir, dass dieser spezifische Typ der kontralateralen Neuronen einen Beitrag zum Objektfixierungsverhalten leisten kann.

Schlagwörter in Deutsch

Verhalten / Drosophila

Item Type: Hochschulschrift (Dissertation)
Author: Soselisa, Sayanne Jerney
Title: Behavioral quantification of object tracking dynamics of visual interneurons in Drosophila melanogaster
Umfangsangabe: 46 ungezählte, 27 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Biologie)
Publication year: 2018
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Straw, Andrew
Assessor: Chiappe, Eugenia
2. Assessor: Sprecher, Simon
Classification: 42 Biologie > 42.60 Zoologie: Allgemeines
AC Number: AC15151537
Item ID: 53939
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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