Würzburg, Univ., Diss., 2009. / Zsfassung in dt. Sprache.

Universiẗat, Diss., 2003--Bielefeld.

Thesis (doctoral)--Universität, Frankfurt (Main), 2000.

Zugl.: Leipzig, Univ., Diss., 2006

In this work, a behavioural analysis of different mutants of the fruit fly Drosophila melanogaster has been carried out. Primarily, the gap climbing behaviour (Pick & Strauss, 2005) has been assayed as it lends itself for the investigation of decision making processes and the neuronal basis of adaptive behaviour. Furthermore it shows how basic motor actions can be combined into a complex motor behaviour. Thanks to the neurogenetic methods, Drosophila melanogaster has become an ideal study object for neurobiological questions. Two different modules of climbing control have been examined in detail. For the decision making, the mutant climbing sisyphus was analysed. While wild-type flies adapt the initiation of climbing behaviour to the width of the gap and the probability for a successful transition. climbing sisyphus flies initiate climbing behaviour even at clearly insurmountable gap widths. The climbing success itself is not improved in comparison to the wild-type siblings. The mutant climbing sisyphus is a rare example of a hyperactive mutant besides many mutants that show a reduced activity. Basic capabilities in vision have been tested in an optomotor and a distance-estimation paradigm. Since they are not affected, a defect in decision making is most probably the cause of this behavioural aberration. A second module of climbing control is keeping up orientation towards the opposite side of the gap during the execution of climbing behaviour. Mutants with a structural defect in the protocerebral bridge show abnormal climbing behaviour. During the climbing attempt, the longitudinal body axis does not necessarily point into the direction of the opposite side. Instead, many climbing events are initiated at the side edge of the walking block into the void and have no chance to ever succeed. The analysed mutants are not blind. In one of the mutants, tay bridge1 (tay1) a partial rescue attempt used to map the function in the brain succeeded such that the state of the bridge was restored. That way, a visual targeting mechanism has been activated, allowing the flies to target the opposite side. When the visibility of the opposing side was reduced, the rescued flies went back to a tay1 level of directional scatter. The results are in accord with the idea that the bridge is a central constituent of the visual targeting mechanism. The tay1 mutant was also analysed in other behavioural paradigms. A reduction in walking speed and walking activity in this mutant could be rescued by the expression of UAS-tay under the control of the 007Y-GAL4 driver line, which concomitantly restores the structure of the protocerebral bridge. The separation of bridge functions from functions of other parts of the brain of tay1 was accomplished by rescuing the reduced optomotor compensation in tay1 by the mb247-GAL4>UAS-tay driver. While still having a tay1-like protocerebral bridge, mb247-GAL4 rescue flies are able to compensate at wild-type levels. An intact compensation is not depended on the tay expression in the mushroom bodies, as mushroom body ablated flies with a tay1 background and expression of UAS-tay under the control of mb247-GAL4 show wild-type behaviour as well. The most likely substrate for the function are currently unidentified neurons in the fan-shaped body, that can be stained with 007Y-GAL4 and mb247-GAL4 as well. / In der vorliegenden Arbeit wurde eine Verhaltensanalyse verschiedener Mutanten der Fruchtfliege Drosophila melanogaster durchgeführt. Dazu wurde primär das Lücken-überwindungsparadigma (Pick & Strauss, 2005) herangezogen, das sich auf besondere Weise zur Erforschung von Entscheidungsfindung und adaptivem Verhalten anbietet. Weiterhin zeigt sich hier, wie einfache motorische Aktionen zu einem komplexen motorischen Verhalten zusammengefügt werden können. Dank der Möglichkeiten der Gentechnik bietet sich Drosophila hier als Studienobjekt an. Zwei Module der Kletterkontrolle wurden genauer untersucht. Im Bezug auf die Entscheidungsfindung wurde die Mutante climbing sisyphus getestet. Während der Wildtyp sein Kletterverhalten sehr genau an die Lückenbreite und die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Überquerung anpasst (Pick & Strauss, 2005), werden bei climbing sisyphus auch bei einer unmöglich zu überquerenden Lücke noch Kletteraktionen initiiert. Der Klettererfolg selbst ist im Vergleich zum Wildtyp nicht verbessert. Die Mutante climbing sisyphus ist ein seltenes Beispiel einer hyperaktiven Mutante neben vielen Mutanten die eine reduzierte Aktivität zeigen. Grundlegende Fähigkeiten im visuellen Bereich wurden in der Optomotorik und im Entfernungsschätzen getestet und sind in climbing sisyphus nicht beeinträchtigt, ein Defekt in der Entscheidungsfindung ist wahrscheinlich Ursache des gestörten Verhaltens. Ein zweites Modul der Kletterkontrolle betrifft die Aufrechterhaltung der Orientierung hin zur gegenüberliegenden Seite der Lücke. Mutanten mit einem Strukturdefekt in der Protozerebralbrücke des Zentralkomplexes zeigen ein abnormes Kletterverhalten. Die Körperlängsachse zeigt während des Klettervorgangs nicht in die Richtung der gegenüberliegenden Seite. Stattdessen werden oft Klettervorgänge am seitlichen Rand des Klettersteges initiiert, die keinerlei Aussicht auf Erfolg haben. Die untersuchten mutanten Fliegen sind nicht blind. In einem der Stämme, tay bridge1 (tay1), gelang zur funktionellen Kartierung eine partielle Rettung dieses Verhaltens durch die Expression des wildtypischen Gens in einem kleinen Teil des Nervensystems. Das Wiederherstellen der wildtypischen Brückenstruktur in tay1 aktiviert einen visuellen Zielmechanismus, der eine Ausrichtung der Fliegen auf die gegenüberliegende Seite ermöglicht. Wenn die Sichtbarkeit der gegenüberliegenden Seite reduziert wird, geht dieser Rettungseffekt verloren. Die Brücke ist nach diesen Befunden ein zentraler Bestandteil der visuell gesteuerten Zielmotorik. Die tay1 Mutante wurde auch in weiteren Verhaltensexperimenten untersucht. So konnte eine in dieser Mutante vorliegende Reduktion der Laufgeschwindigkeit und Laufaktivität durch die Expression von UAS-tay unter der Kontrolle des Treibers 007Y-GAL4 zusammen mit der Struktur der Brücke gerettet werden. Eine Rettung der reduzierten Kompensation für optomotorische Stimuli in tay1 durch den Treiber mb247-GAL4 erlaubte eine Trennung von tay1 Defekten in der Brücke von Defekten in anderen Teilen des Gehirns. Trotz einer tay1-typischen unterbrochenen Brücke sind mit mb247-GAL4>UAS-tay gerettete Fliegen in der Lage eine Stimulation mit optomotorischen Reizen auf wildtypischem Niveau zu kompensieren. Diese Kompensation hängt nicht von den Pilzkörpern ab, da auf chemischen Wege pilzkörperablatierte Fliegen mit einer Expression von UAS-tay unter der Kontrolle von mb247-GAL4 sich trotz tay1 Hintergrund ebenfalls wildtypisch verhalten. Die wahrscheinlichsten Träger für diese Rettung sind noch nicht identifizierte Neurone im Fächerförmigen Körper des Zentralkomplexes, die mit 007Y-GAL4 und mb247-GAL4 angefärbt werden können.

Eine der großen Fragestellungen der Psychologie beschäftigt sich mit der Suche nach Determinanten unseres Verhaltens. Dabei finden wir in der psychologischen Literatur verschiedene Theorien, die der Nähe zwischen Personen Bedeutung verleihen. Die Arbeiten von Kurt Lewin (1935) beschreiben positive und negative Valenzen, Konflikte, Hindernisse und Bedürfnisse als Determinanten unseres Verhaltens. Auch soziometrische Untersuchungen fokussieren die Anziehung und Abstoßung als elementare Gruppenkräfte, welche sich anhand sozialer Distanzen und Beliebtheit in Gruppen widerspiegeln (Moreno, 1941; 1996). Auf dieser Grundlage ist es uns möglich, Vorhersagen über eine Hinwendung zu und eine Abwendung von Personen zu treffen. Neben qualitativen Beobachtungen (vgl. Coie, Dodge, & Kupersmidt, 1990) bedienen sich bisherige Untersuchungsmethoden technischer Geräte, wie u.a. Beschleunigungsmessern und Schrittzähler (Cervantes & Porretta, 2010; Godfrey, Conway, Meagher, & ÓLaighin, 2008; Trost, 2001; Welk, Corbin, & Dale, 2000; Yang & Hsu, 2010), um Aussagen über das Bewegungsverhalten von Personen treffen zu können. Hierbei werden allerdings die Beziehungen und Dynamiken zwischen den Personen sowie das daraus resultierende Distanzverhalten völlig unbeachtet gelassen. Mit Hilfe neuester Technologien ist es nun möglich, räumliches Bewegungsverhalten in Form von x-, y-, z- Koordinaten zu erfassen. Das Ziel meiner Arbeit liegt in der Erhebung und Auswertung der Bewegungsdaten von Kindern, welche mit einer automatisierten Echtzeit-Ortungs-Methode (Real Time Location System = RTLS) erfasst wurden. Bis zum jetzigen Zeitpunkt wurde das Bewegungsverhalten von 114 Kinder aus sieben Gruppen von vier unterschiedlichen Kindergärten, von sechs Kindern einer Schule für Blinde und Sehbehinderte sowie von 24 Schülern aus zwei Klassen einer Schule mit einem Förderschwerpunkt für geistige Entwicklung erhoben. Die in diese Arbeit einfließenden Studien bieten einen ersten Einblick in die Erhebungs- und Auswertungsmöglichkeiten von räumlichen Bewegungsdaten und beleuchten den aktuellen Stand dieser Forschung.:DANKSAGUNG II PREFACE VI ZUSAMMENFASSUNG VII LIST OF CONTENTS XII LIST OF TABLES XIV LIST OF FIGURES XV CHAPTER I 1 1. AN INTRODUCTION INTO MOTIVATIONAL CONCEPTS, BEHAVIORAL RESEARCH, AND METHODOLOGICAL CHALLENGES 1 WHAT DRIVES US? A PIONEERING MOTIVATIONAL CONCEPT WITH REGARD TO MOVEMENT BEHAVIOR 2 METHODOLOGICAL BACKGROUND 3 METHODOLOGICAL CHALLENGES 4 AIMS AND SCOPES 5 OVERVIEW OF MANUSCRIPTS INCLUDED IN THIS MONOGRAPH 6 CHAPTER II 10 2. CHILDREN AT PLAY – TOWARD AN AUTOMATED MEASUREMENT OF CHILD BEHAVIOR 11 INTRODUCTION 12 METHODS AND MATERIALS 14 RESULTS 18 DISCUSSION 28 CHAPTER III 33 3. CONTINUOUS MEASUREMENT OF DYNAMIC CLASSROOM SOCIAL INTERACTION 33 INTRODUCTION 35 METHODS AND MATERIALS 38 RESULTS 40 DISCUSSION 49 CHAPTER IV 54 List of Contents 4. LEARNING, MOVING, INTERACTING – MOVEMENT ASSESSMENT OF VISUALLY IMPAIRED CHILDREN DURING A SCHOOL LESSON 55 INTRODUCTION 56 METHODS AND MATERIALS 59 RESULTS 63 DISCUSSION 71 CHAPTER V 76 5. APPROACH – AN ANALYSIS OF CHILDREN’S INTERACTIONS DURING A FREE PLAY SITUATION 77 INTRODUCTION 78 METHOD 80 RESULTS 89 DISCUSSION 92 CHAPTER VI 96 6. SUMMARY, IMPLICATIONS, AND FUTURE ASPECTS OF RESEARCH 97 SUMMARY OF THE STUDIES OF CHILDREN’S MOVEMENT BEHAVIOR 97 IMPLICATION AND FUTURE ASPECTS OF RESEARCH 100 7. REFERENCES 103 8. APPENDIX 119 9. CURRICULUM VITAE 121 10. LIST OF PUBLICATIONS 123 11. EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG 124

Zweite Studienarbeit Hochschule für Angewandte Psychologie Zürich, 2006.