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Authors: Ries, Ariane-Saskia
Title: Neuronale Grundlagen von Antrieb und Antriebshemmung bei Drosophila melanogaster
Online publication date: 2-May-2017
Language: german
Abstract: It was the aim of this thesis to analyze the control of behavioral activity in response to environmental and internal stimuli in Drosophila melanogaster. An increase in behavioral activity in response to positive stimuli is anthropomorphically called enhanced motivation, whereas repeated or long-lasting stress or failure may lead to a decrease in behavioral activity and in the long run to major depression. The motivational state of a fly can reliably be quantified by its willingness to overcome broad gaps in a narrow catwalk by a complex climbing action. The motivational state of a fly can reliably be quantified by its willingness to overcome broad gaps in a narrow catwalk by a complex climbing action. On the other hand “learned helplessness“, an accepted animal model of major depression diminishes the motivation of flies to climb the gap. Learned helplessness can emerge by repeated stressful events unavoidable to the animal. A robust paradigm to generate learned helplessness in flies has been developed in the current study. Learned helplessness was reliably elicited by repeated, not foreseeable, unavoidable vibrations of 300 Hz and 20s duration during 8h per day and over the course of several days. In comparison to control flies not just the climbing activity of the treated flies was reduced but also their behavioral activity in walking and courtship; the term “depression-like state” seems therefore justified. A model for the regulation of behavioral activity by the mushroom bodies has been developed on basis of the experimental results of this thesis. Vibrational stress is mediated by reduced release of serotonin into the α-lobes of the mushroom bodies, whereas positive events, like sugar intake, are signaled by an overall increased release of this neuromodulator. The γ-lobes act antagonistically to the α-lobes, because artificial activation of the γ-Kenyon cells with their 5-HT1B receptors let the animals become „depressive“ more easily, whereas artificial inactivation of the same γ-Kenyon cells let the flies resist the depression-like state. A natural cause for the modulation of the serotonin release into the γ-lobes has yet to be found. Modulation of activity by attractive olfactory or visual stimuli, however, acts through the α-/β-Lobes, because only there the modulation could be stopped by blocking the chemical synapses.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Kontrolle der Verhaltensaktivität durch das Nervensystem in Reaktion auf Umwelteinflüsse und innere Zustände bei Drosophila melanogaster analysiert. Eine Erhöhung der Verhaltensaktivität durch positive Reize wird anthropomorph auch als erhöhte Motivation bezeichnet. Demgegenüber kann länger anhaltender Stress oder Versagenserfahrung zu einer allgemeinen Verringerung der Aktivität führen, woraus langfristig eine Depression entstehen kann. Der Motivationszustand einer Fliege kann anhand ihrer Bereitschaft breite Lücken im Laufweg kletternd zu überwinden quantifiziert werden. Durch Experimente, in denen spezifisch Neurone des Pilzkörpers von Drosophila inaktiviert wurden, konnte gezeigt werden, dass deren α/β-Neurone sowohl die Duft-, als auch die visuelle Motivation vermitteln. Es ist damit gelungen nachzuweisen, dass unterschiedliche sensorische Einflüsse in denselben Schaltkreisen des Pilzkörpers integriert werden, um Motivation zu kontrollieren. Andererseits erniedrigt „erlernte Hilflosigkeit“, ein anerkanntes Tiermodell für Depression, die Motivation der Fliegen zu klettern. Erlernte Hilflosigkeit entsteht durch wiederkehrende, nicht kontrollierbare Stressereignisse, wofür ein zuverlässiges Paradigma zur Erzeugung dieses Zustandes in dieser Arbeit entwickelt wurde. Erlernte Hilflosigkeit wurde durch mehrtägige Behandlung mit wiederholten, nicht vorsehbaren und nicht vermeidbaren Vibrationsreizen von 300 Hz für 20s in 15-Minuten-Blöcken über acht Stunden täglich ausgelöst. Es konnte gezeigt werden, dass die Vibrations¬behandlung nicht nur die Klettermotivation, sondern auch die Verhaltensaktivität in Lauf- und Balzparadigmen erniedrigt, was die Bezeichnung eines depressionsähnlichen Zustandes als zulässig erscheinen lässt. Die gegenüber Kontrollfliegen reduzierte Kletteraktivität ging einher mit einer reduzierten Serotoninkonzentration im Bereich der α-Loben der Pilzkörper. Durch Gabe von Saccharose über Nacht ließ sich der depressionsähnliche Zustand aufheben. Sowohl in histologischen als auch in pharmakologischen Experimenten konnte eine Verbindung zwischen Zuckeraufnahme und der vermehrten Ausschüttung des Neurotransmitters Serotonin im ganzen Gehirn hergestellt werden. Im Folgenden wurde nachgewiesen, dass Vibrationsstress eine verminderte Serotoninfreisetzung durch einen Teil der serotonergen Neurone bewirkt, welche die α-Loben der Pilzkörper innervieren. Auf Grundlage aller experimentellen Ergebnisse wird ein Modell der Aktivitätsregulierung in den Pilzkörpern vorgeschlagen: Vibrationsvermittelter Stress wird durch reduzierte Ausschüttung von Serotonin in die α-Loben des Pilzkörpers vermittelt und positive Ereignisse, wie Zuckergabe, dagegen durch vermehrte Ausschüttung. Der γ-Lobus ist bezüglich der Aktivitätskontrolle der Gegenspieler zum α-Lobus, denn bei künstlicher Aktivierung der γ-Kenyonzellen mit 5-HT1B Rezeptoren sind die Tiere schneller „depressiv“ und bei künstlicher Inaktivierung derselben Kenyonzellen lassen sie sich nicht mehr „depressiv“ machen. Ein von außen kommender Grund für eine Modulation der Serotonin-Ausschüttung in die γ-Loben ist bisher nicht bekannt. Die Modulation der Aktivität durch attraktive olfaktorische oder visuelle Reiz erfolgt jedenfalls über die α-/β-Loben, denn nur dort konnte die Modulation durch Blockade der chemischen Synapsen unterbunden werden.
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3884
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000012786
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 207, LVIII Blätter
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