The neuronal basis of operant self-learning in Drosophila melanogaster

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Number of Pages:	92
Date:	16 December 2022
Referee:	Prof. Dr. Björn Brembs
Date of exam:	8 December 2022
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie > Neurogenetik (Prof. Dr. Björn Brembs)
Keywords:	FoxP, aPKC, operant self-learning, Drosophila melanogaster
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	53425

Abstract (English)

Speech is a key feature distinguishing humans from any other species. FoxP2 was discovered as a gene involved in speech production in humans. The operant process of vocal learning shares key characteristics with the torque learning of Drosophila in the flight simulator: an initial variable behaviour gets narrowed down via an operant feedback loop. FoxP mutant flies are specifically impaired in an ...

Abstract (English)

Speech is a key feature distinguishing humans from any other species. FoxP2 was discovered as a gene involved in speech production in humans. The operant process of vocal learning shares key characteristics with the torque learning of Drosophila in the flight simulator: an initial variable behaviour gets narrowed down via an operant feedback loop. FoxP mutant flies are specifically impaired in an operant self-learning task. Here, the flies don’t have any externals cues about the experimental outcome, only their own behaviour. To understand more about the underlying mechanism, several FoxP related manipulation were performed.
We showed that FoxP is not required for operant self-learning in adult flies but is needed for maintaining learning ability. No single brain area could be identified, were intact FoxP expression is necessary for this learning typ. We showed that PKC53e is not involved in this learning task. On the other hand, we found that aPKC is a relevant gene for this learning behaviour. Intact expression is needed in motor neurons or/and FoxP-iB positive neurons. Our results hint to a potential aPKC-FoxP interaction. Overexpression of aPKC in adult flies led to improved learning ability. No overlap of aPKC and FoxP could be found in the brain, only in the VCN.

Translation of the abstract (German)

Sprache ist ein zentraler Aspekt, der Meschen von anderen Tieren abgrenzt. FoxP2 wurde als ein Gen identifiziert, das mit Sprache assoziiert ist. Das operante Sprachlernen zeigt Gemeinsamkeiten mit dem Drehmomentlernen von Drosophila im Flugsimulator: ein zunächst variables Verhalten wird durch eine operante Rückkopplung präzisiert. Fliegen mit einer FoxP Mutation zeigen Einschränkungen in ihrem ...

Translation of the abstract (German)

Sprache ist ein zentraler Aspekt, der Meschen von anderen Tieren abgrenzt. FoxP2 wurde als ein Gen identifiziert, das mit Sprache assoziiert ist. Das operante Sprachlernen zeigt Gemeinsamkeiten mit dem Drehmomentlernen von Drosophila im Flugsimulator: ein zunächst variables Verhalten wird durch eine operante Rückkopplung präzisiert. Fliegen mit einer FoxP Mutation zeigen Einschränkungen in ihrem operanten Selbst-lernen. Bei dieser Lernform haben die Fliegen, neben dem eigenen Verhalten, keine äußeren Anhaltspunkte zu den Parametern des Experiments. Um mehr über die zu Grunde liegenden Mechanismen zu erfahren, wurden FoxP auf verschiedene Weise manipuliert.
Es konnte gezeigt werden das FoxP in der adulten Fliege nicht für operantes selbst-lernen benötigt wird. Es ist jedoch wichtig für den Erhalt der Lernfähigkeit. Es konnte keine einzelne Gehirnregion gefunden werden, wo korrekte FoxP Expression für diese Lernverhalten nötig war. PKC53e ist ebenfalls für operanten Selbstlernen nicht erforderlich. Im Gegensatz dazu ist aPKC wichtig, die Korrekt Geneexpression wird in motorischen Neuronen sowie/oder in Neuronen die FoxP-iB exprimieren benötigt. Die Ergebnisse deuten auf eine Interaktion von aPKC und FoxP hin. Eine Überexpression von aPKC verbesserte das Lernvermögen der Fliegen. Es wurde keine Überlappung von FoxP und aPKC im Gehirn gefunden, jedoch im VNC

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