dc.contributor
Universitat Pompeu Fabra. Departament de Ciències Experimentals i de la Salut
dc.contributor.author
Deogade, Ajinkya
dc.date.accessioned
2019-01-25T17:15:52Z
dc.date.available
2019-11-23T00:00:11Z
dc.date.issued
2017-11-23
dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/10803/665160
dc.description.abstract
Chemotaxis is a powerful paradigm to study how sensory stimulations
drive orientation behaviors in an organism. Drosophila larvae navigate
odor gradients by controlling the duration of runs and the direction of
turns. A turn is preceded by lateral head sweeps (“casts”) that sample the
stimulus from the surroundings. In addition, larvae correct their course
towards the odor source during runs, a phenomenon called “weathervaning”.
Peristaltic waves that propagate along the body axis drive forward
run events. We showed that the peristaltic wave cycle acts as a natural unit
of movement and sets a physical constraint on the amount of reorientation
achieved during runs. Moreover, head-casts are strictly observed within
the bounds of the peristaltic cycle that can be categorized into either runcasts
or stop-casts based on the presence or absence of the peristaltic wave
respectively. Integrating behavioral experiments and extracellular electrophysiological
recordings from the olfactory sensory neurons (OSNs), we
observed a remarkable ability of larva to sense, to process and to act at
short timescales of head-casts. In particular, we found that the larval sensorimotor
system is able to modulate the amplitude of stop-casts based on
the changes in the OSN firing rate during casts. Finally, integrating models
for OSN activity, peristaltic locomotion, and behavioral quantification,
we built an agent-based model that recapitulates essential aspects of larval
chemotactic behavior. Overall, our findings provide a new formalism
to study larval sensorimotor control. Additionally, we developed a high
spatiotemporal resolution larval tracker with an ability to detect and precisely
stimulate individual sensory organs. The tracker is highly effective
tool to discern neural basis of behaviors occurring at short timescales in
Drosophila larvae and other model systems.
dc.description.abstract
La quimiotaxis es un poderoso paradigma para estudiar en un organismo
comportamientos de orientación derivados de estímulos sensoriales. La
larva de la Drosophila navega por gradientes de olor gracias al control
de la duración y la dirección de sus giros. El giro va precedido por barridos
laterales de la cabeza (“head-casts”) que muestrean estímulos de
los alrededores de la larva. Además, las larvas corrigen su trayectoria en
dirección a la fuente de olor, un fenómeno llamado “weathervaning”. Movimientos
peristálticos que se propagan por el eje del cuerpo conducen a
carreras (runs) hacia adelante. Demostramos que los ciclos de ondas peristálticas actúan como unidades naturales del movimiento y establecen
un límite físico en cuanto a la cantidad de reorientaciones conseguidas en
una carrera. Además, los “head-casts” sólo se observan en los límites de
los ciclos peristálticos que pueden ser categorizados en “run-cast” o “stopcast”
basándonos en la presencia o ausencia de ondas peristálticas respectivamente.
Asimismo, hemos descubierto que la magnitud del “stop-cast”
es mayor al encontrarse con un estímulo positivo y menor al detectar un
cambio negativo. Combinando experimentos de comportamiento y registros
de electrofisiología extracelulares en neuronas sensoriales del olfato
(OSNs), hemos observado una remarcable habilidad en la larva para sentir,
procesar y actuar en escalas a corto tiempo durante los “head-casts”.
Combinando un modelo para la actividad de OSN, un modelo para la
locomoción peristáltica, y la cuantificación del comportamiento, hemos
construido un modelo “agent-based” que recapitula aspectos esenciales
del comportamiento quimiotáctico de la larva. En general, nuestro estudio
aporta un nuevo formalismo para estudiar el control sensomotor de la
larva. De la misma manera, hemos desarrollado un rastreador de larvas
espacio-temporal de alta resolución con habilidad para detectar y estimular
con precisión órganos sensoriales. El rastreador nos permite investigar
el papel del muestreo activo y el olfato estéreo en transformaciones sensomotoras durante la quimiotaxis de la larva.
dc.format.mimetype
application/pdf
dc.publisher
Universitat Pompeu Fabra
dc.rights.license
L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
dc.rights.uri
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
*
dc.source
TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
dc.subject
Sensorimotor control
dc.subject
Olfactory sensory neurons
dc.subject
Agent-based modeling
dc.subject
High-resolution tracking
dc.subject
Electrophysiology
dc.subject
Control sensorio-motor
dc.subject
Neuronas sonsoriales del olfato
dc.subject
Agent-based modeling
dc.subject
Rastreador de larvas
dc.subject
Electrofisiología
dc.title
Fine-grained model of the sensorimotor control underlying Drosophila larval chemotaxis
dc.type
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
dc.type
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.contributor.authoremail
ajinkyadeogade@gmail.com
dc.contributor.director
Louis, Matthieu
dc.rights.accessLevel
info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.description.degree
Programa de doctorat en Biomedicina