System theoretic investigation of Drosophila flight reponses to conflicting visual stimuli

Abstract

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Beeinflussung des Flugverhaltens der Taufliege Drosophila melanogaster durch visuelle Stimuli.<br />Zunächst werden die Sensoren und Aktoren der Flugsteuerung beschrieben.<br />Ein Starrkörpermodell für frei fliegende Fliegen wird mit dem Langrange Formalismus hergeleitet.<br />Die inverse Dynamik wurde berechnet, um die Kräfte und Momente, die auf die Fliege wirken, aus ihrer Positionstrajektorie zu berechnen. Da die Orientierung der Fliege nicht gemessen werden kann, sind Annahmen nötig, um die inverse Dynamik zu berechnen.<br />Zwei Modelle mit unterschiedlichen Annahmen wurden verglichen. Diese liefern ähnliche Resultate, was darauf schließen lässt, dass die Annahmen nur geringen Einfluss haben. Zuletzt wird das Verhalten von fixierten Fliegen auf einzelne optische Stimuli und auf deren Kombination untersucht. Das Verhalten kann als gewichtete Summe der Reaktionen auf die Einzelstimuli modelliert werden. Mehrere Geschwindigkeiten und unterschiedliche Bewegungsrichtungen der Stimuli wurden untersucht.<br />Fliegen zweier unterschiedlicher Genotypen wurden getestet. Es konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Genotypen festgestellt werden.<br />

This master thesis describes the visually driven flight behavior of the fruit fly Drosophila melanogaster.<br />First, the sensors and actors of the fly's control system are described.<br />Then, a mechanical model for freely flying flies is developed using the Lagrange formalism.<br />Inverse dynamics were calculated to get the forces and torques from the position trajectory of the fly. Because the orientation of the fly could not be measured, assumptions had to be made to compute the inverse dynamics. Two models with different assumptions were used and compared. Similar results indicate that the models depend only slightly on the assumptions. The third part of the thesis focuses on the turning behavior of tethered flies that are confronted with single or combined and contradicting visual stimuli.<br />Several velocities and different moving directions of the stimuli were investigated. The turning behavior of the fly reacting to different simultaneous stimuli was modeled as a weighted sum of the reactions to the single stimuli. Flies of two different genotypes were tested, but no significant differences were found.<br />